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M ODIFICATIONS DE L ’ ECOULEMENT

Dans le document The DART-Europe E-theses Portal (Page 162-167)

C ONTROLE SUR MAQUETTE ECHELLE ¼

2. C ONTROLE PAR ELECTROVANNES

2.7. M ODIFICATIONS DE L ’ ECOULEMENT

Afin de préciser les modifications de l’écoulement mises en jeu lorsque la configuration fente discontinue pavillon parvient à réduire la trainée, des champs de tomographie moyens et fluctuants ont été réalisés dans le sillage. La couche de cisaillement a ensuite été analysée avec et sans contrôle au niveau de la lunette dans le but de mieux cerner les modifications apportées au bulbe décollé.

2.7.1. Influence sur le sillage global

En suivant le même protocole que celui décrit au Chapitre II (Partie 2.3.2), différents plans de tomographie avec et sans contrôle ont été réalisés. Le nombre de Reynolds est toujours fixé à Re = 1.4 106 (soit U0 = 20 m/s), et les caractéristiques du plan de mesure sont les mêmes que précédemment (voir Figure 87). La Figure 145 présente ainsi, de gauche à droite, un plan de tomographie de référence, le même plan en configuration contrôlée, et la différence entre ces deux plans afin de localiser précisément les modifications apportées par le contrôle. Le cas contrôlé a été réalisé avec le soufflage positionné à ΔX/LL = - 0.45 en amont de l’arête, et en utilisant les meilleurs paramètres de contrôle pour cette position, à savoir StJ = 0.94 et Cμ = 12.4 10-3 d’après la Figure 143a.

Figure 145 : Modification de l’écoulement moyen : configuration de référence (gauche), écoulement contrôlé (centre) et différence entre les deux (droite) - Re = 1.4 106

La comparaison des Figure 145a et Figure 145b met clairement en évidence les effets du contrôle sur la signature du décollement et du tourbillon longitudinal dans le plan ausculté. On observe en effet une diminution nette de la trace du décollement (150 mm ≤ ΔY ≤ 250 mm et 150 mm ≤ ΔZ ≤ 250), caractérisée par une augmentation du gradient de vitesse proche de la paroi. Ces résultats, confirmés par la Figure 145c, indiquent une réduction très nette du

gradients de Cpi mesurés sont également plus importants et on observe une augmentation de la perte de pression totale au cœur du tourbillon dont la position n’a pas bougé significativement.

Cet impact du contrôle sur les structures tourbillonnaires longitudinales est cohérent avec les résultats bibliographiques exposés au Chapitre I. Ceux-ci ont en effet montré que la suppression du bulbe permet aux tourbillons longitudinaux d’adopter une forme plus structurée, c'est-à-dire plus concentrée mais de taille plus réduite.

On observe également une augmentation des pertes de pression d’arrêt dans la zone de culot (100 mm ≤ ΔY ≤ 150 mm et 50 mm ≤ ΔZ ≤ 100 mm). Les résultats bibliographiques mettent en évidence que la suppression du bulbe décollé symétrise les structures de culot, et donc modifie la position des cœurs des cellules tourbillonnaires. On peut donc faire l’hypothèse que le contrôle a effectivement éloigné le cœur de la cellule tourbillonnaire supérieure du culot, mais l’a rapproché du plan de mesure, produisant ainsi une augmentation des pertes dans le plan de tomographie balayé.

Les plans de tomographie associés aux valeurs RMS du coefficient de pression totale Cpi

sont reportés Figure 146 pour le cas de référence et le cas contrôlé. Ces résultats confirment les précédents : il apparaît en effet que l’application du contrôle a fortement diminué les fluctuations de vitesse dans la zone du bulbe décollé. Thacker [44] a observé une modification similaire de l’écoulement en supprimant le bulbe décollé via un changement géométrique de la maquette. Les fluctuations dans la zone du tourbillon longitudinale sont également réduites dans le cas contrôlé, ce qui suppose une interaction dynamique plus faible avec le décollement.

L’activité instationnaire diminue également au niveau de l’écoulement provenant du soubassement.

Figure 146 : Modification des fluctuations de pertes de pression d’arrêt dans l’écoulement moyen : configuration de référence (gauche) et écoulement contrôlé (droite) - Re = 1.4 106

2.7.2. Effets sur la couche cisaillée

Afin de préciser les effets du contrôle sur le bulbe décollé, des investigations plus détaillées ont été effectuées au niveau de la couche cisaillée. Celle-ci a été caractérisée avec et sans contrôle en utilisant la sonde de Kiel instationnaire. Des profils de coefficient de pertes de

pression totale ont été réalisés en diverses positions sur la lunette (voir Figure 147), dans le plan médian de la maquette (Y = 0). Chacun de ces profils est composé de huit points de mesure espacés de 6 à 12 mm en fonction de la position. L’acquisition a été effectuée sur 10 s avec une fréquence d’échantillonnage de 4096 Hz. La configuration de contrôle est la même que précédemment : fente discontinue localisée à ΔX/LL = - 0.45 en amont de l’arête avec comme paramètres Cμ = 12.4 10-3 et StJ = 0.94.

Figure 147 : Positions de mesure des couches cisaillées avec et sans contrôle

La Figure 148 présente tout d’abord les distributions du coefficient moyen de pertes de pression totale relevées pour ces trois positions, sur toute la hauteur des profils. Les résultats sont présentés sous la forme 1 - Cpi afin de faciliter leur lecture (1 - Cpi = 1 signifie une absence de pertes, et celles-ci augmentent alors au fur et à mesure que 1 – Cpi diminue). L’examen des différentes courbes rouges du cas de référence permet tout d’abord de retrouver la présence de la bulle de décollement : les pertes de pression totale augmentent en effet très rapidement une fois dépassé l’axe Z = 0 mm, et arrivent à des valeurs nulles ou négatives. L’effet du contrôle est alors directement visible sur l’ensemble des courbes bleues : les valeurs ne changent pas pour Z

> 0, mais une fois l’axe du pavillon dépassé, les pertes de pression sont fortement diminuées et les zones à valeurs nulles ou négatives disparaissent. Ceci appuie donc les observations précédentes, et permet de constater directement la disparition du bulbe décollé grâce à l’action de contrôle.

L’examen des profils de CpiRMS correspondant (voir Figure 149) est également intéressant, et permet de mieux saisir le mode d’action du contrôle. Sans contrôle, les résultats sont cohérents avec la présence de la bulle décollée, avec des fluctuations qui croient fortement une fois l’aplomb du pavillon dépassé. L’application du contrôle va avoir pour effet de réduire fortement ces variations pour Z < 0 mm (ce qui confirme la suppression du bulbe, en accord avec la Figure 146), mais également de les augmenter dans l’écoulement extérieur (Z > 0 mm). Cette augmentation des perturbations dans l’écoulement extérieur est très certainement imputable au contrôle, et le fait qu’elles se retrouvent sur toute la hauteur explorée semble indiquer que l’action de contrôle se diffuse dans toute cette zone et pilote complétement l’organisation de

Figure 148 : Profils de pertes de pression totale (1-Cpi) avec et sans contrôle au-dessus de la lunette pour trois positions - Re

= 1.4 106

Figure 149 : Profils de turbulence avec et sans contrôle au-dessus de la lunette pour trois positions - Re = 1.4 106

L’analyse spectrale de ces fluctuations, présentée Figure 150, confirme cette dernière hypothèse. Ces résultats correspondent aux spectres obtenus à la position XS/LL = 0.75 pour Z = - 40 mm. Ce point a été choisi car c’est ici que la différence de turbulence est la plus importante.

La comparaison des spectres avec et sans contrôle met d’abord en évidence l’apparition de pics harmoniques très énergétiques à la fréquence du contrôle. Cette organisation fréquentielle

fréquences, le contrôle diminue l’amplitude d’une large bosse dont le point culminant semble être StU ≈ 0.07. Cette valeur est proche de la valeur StU ≈ 0.1 mise en évidence au Chapitre II et désignée comme une fréquence caractéristique du bulbe décollé. Cette baisse d’activité basses fréquences peut donc être considérée comme une preuve supplémentaire d’une réduction et d’une suppression de la bulle de la recirculation.

Figure 150 : Densité spectrale de puissance normalisée et adimensionnée de la vitesse (XS/LL = 0.75, Z = - 40 mm et Re = 1.4 106)

Les différentes investigations menées avec le système électrovannes ont donc permis de démontrer l’efficacité du contrôle par jets pulsés sur l’écoulement fortement tridimensionnel à l’arrière du corps de Ahmed. La sensibilité aux différents paramètres de contrôle a également été étudiée, de même que les effets sur le sillage afin de comprendre le mode de fonctionnement de ce type de contrôle. Dans la suite de cette étude, les résultats obtenus avec le système MEMS vont être présentés afin de voir si le contrôle par micro-jets permet de retrouver des résultats équivalents.

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