C ONTROLE SUR MAQUETTE ECHELLE ¼
2. C ONTROLE PAR ELECTROVANNES
2.6. E TUDE PARAMETRIQUE : FENTE DISCONTINUE PAVILLON 1. Comparaison maquette Version 1 et Version 2
La deuxième version du montage (voir Partie 1.3.2.1) a servi de support pour cette partie de l’étude, afin de pouvoir faire varier plus finement certains paramètres géométriques. Des différences notables existent cependant entre les deux montages, à commencer par la longueur des fentes (240 mm sur la Version 1 et 355 mm sur la Version 2). Ceci permet d’une part d’atteindre des valeurs de Cμ plus importantes en augmentant la surface d’éjection totale, mais également d’agir sur quasiment toute la largeur de la lunette, et donc d’interagir éventuellement avec les tourbillons longitudinaux. Les alimentations électriques et pneumatiques ont également été retravaillées, ce qui permet d’augmenter les valeurs maximum de Cμ et de StJ. Afin de mettre en évidence les différences de performances entre les deux montages, la Figure 139 présente les réductions de CX obtenues avec les deux maquettes pour la même configuration de contrôle (fente discontinue pavillon située à ΔX/LL = - 0.45). La réduction de trainée ΔCX est calculée de la même façon que précédemment.
La comparaison entre les deux graphiques de la Figure 139 met tout d’abord en évidence les possibilités beaucoup plus importantes de la maquette Version 2 en termes de domaine exploratoire, avec des plages de Cμ et de StJ beaucoup plus étendues. Comme précédemment pour cette configuration, le paramètre clé semble toujours être la quantité de mouvement
et à des valeurs différentes de celles observées précédemment (StJ ≈ 0.75 et StJ ≈ 0.94 sur la Figure 139b). Les performances en termes de réductions de CX sont globalement en hausse, avec des réductions d’environ 9.4% (Version 2) contre 7.8% précédemment (Version 1). Compte tenu de la sensibilité de cette configuration par rapport au Cμ, cette amélioration brute des performances peut sans doute être reliée à l’augmentation de la quantité de mouvement injectée.
Figure 139 : Comparaison des résultats, maquette Version 1 et Version 2 : configuration fente discontinue pavillon (ΔX/LL = -0.45, Re = 1.4 106)
Cependant, la comparaison à Cμ et StJ équivalent, par exemple à Cμ ≈ 3 10-3 et StJ ≈ 0.66, montre que la Version 1 de la maquette semble plus efficace, avec une réduction de trainée de 7.8% (Version 1) contre 3.1% (Version 2). Cette constatation rejoint certains travaux effectués par Aider et al. [23]. Ils observent en effet, sur un corps de Ahmed modifié, que le contrôle par une ligne de générateurs de vortex est plus efficace si cette ligne couvre uniquement une portion centrale de la maquette et non toute son envergure.
2.6.2. Position des jets
La maquette Version 2 a donc permis de tester plusieurs positions en amont du décollement. Le détail des différents emplacements peut être trouvé sur la Figure 140. Pour chacune de ces trois positions, plusieurs couples Cμ / StJ ont été testés et les réductions de CX
correspondantes ont été calculées. Les résultats sont présentées Figure 141.
Figure 140 : Positions de soufflage – fente discontinue – maquette Version 2
de ΔX/LL = - 0.47 à ΔX/LL = - 0.05. Cette augmentation de la réduction de trainée au fur et à mesure que l’on s’approche de la jonction pavillon / lunette est cohérente avec d’autres études par contrôle actif comme celle de Leclerc [43]. Cependant, elle met également en évidence une différente importante avec les techniques de contrôle par générateurs de vortex passifs où une certaine distance doit exister entre les actionneurs et le point décollement afin de laisser le temps à l’action de contrôle de se mettre en place (voir Duriez et al. [128] et Pujals et al. [103]).
Figure 141 : Réduction de CX en fonction de la position des jets - fente discontinue (Re = 1.4 106)
2.6.3. Modulation spatiale du forçage
Dans le but d’effectuer un rapprochement avec les travaux de Pujals et al. [103] et Duriez et al. [128], l’effet de la modulation spatiale en envergure a été étudié en faisant varier le paramètre de l’espacement des jets, noté λ. Afin de faire varier ce paramètre, un certain nombre d’orifices de la fente discontinue ont été successivement bouchés comme le montre la Figure 142. Ainsi, λ = 4 mm pour la fente discontinue non modifiée, en accord avec la cotation de la Figure 116. Deux configurations supplémentaires ont pu être testées, en multipliant par deux puis par quatre l’écart entre deux orifices.
Figure 142 : Méthode de variation de l'espacement des jets
Comme pour tous les cas précédents, une étude paramétrique en Cμ et StJ a été réalisée pour chacune de ces configurations positionnées à ΔX/LL = - 0.47 en amont de l’arête pavillon / lunette. Les réductions de CX mesurées dans chacun des cas sont présentées Figure 143.
Figure 143 : Réduction de CX en fonction de l’espacement des jets - fente discontinue (Re = 1.4 106)
La première constatation est que l’efficacité du contrôle diminue au fur et à mesure que l’espacement entre les jets augmente, avec ΔCX = 7.1% et ΔCX = 6.1% pour 2λ et 4λ contre ΔCX = 9.4% avec l’espacement initial λ. On constate également que différents optimums fréquentiels existent pour les différentes configurations (StJ ≈ 0.8 – 0.9 pour 2λ, et StJ ≈ 1.4 pour 4λ).
Il est ici intéressant de constater que ces résultats sont en oppositions avec ceux de Pujals et al. [103]. En effet, si l’on introduit le paramètre d/λ, avec d la longueur d’un orifice de soufflage, les résultats qu’il obtient grâce à des générateurs de vortex passifs indiquent que l’effet est optimal pour d/λ = 4 – 5. Dans la présente étude, on voit plutôt que lorsque que l’on se rapproche de cette valeur (d/λ = 6.5 pour λ2), l’efficacité du contrôle diminue. Il semble donc que les mécanismes mis en jeu ici soient différents. En effet, Pujals et al. [103] indique que l’effet de son dispositif est dû à la génération d’une modulation spatiale cohérente sur une grande distance entre la position du contrôle et le décollement. Il semble donc que l’aspect pulsé du dispositif par électrovannes ne permettent pas d’utiliser un effet similaire, et qu’une comparaison avec un système de soufflage continu aurait été plus pertinente.
2.6.4. Effet du nombre de Reynolds
Pour terminer l’étude de la configuration fente discontinue pavillon, l’efficacité du contrôle a été mesurée à des nombres de Reynolds différents. La Figure 144 présente ainsi les réductions de CX constatées avec le dispositif positionné à ΔX/LL = - 0.47 en amont de l’arête pavillon / lunette pour trois vitesses U0 différentes : 15 m/s (Re = 1.1 106), 20 m/s (Re = 1.4 106) et 30 m/s (Re = 2.1 106).
La comparaison des trois graphiques de la Figure 144 permet tout d’abord de voir que la sensibilité du contrôle aux paramètres de forçage Cμ et StJ n’évolue pas outres mesures avec l’augmentation du nombre de Reynolds. Comme précédent, les réductions de CX augmentent avec le Cμ pour une large plage de fréquences, avec un certain nombre d’optimums locaux pour
Figure 144 : Réduction de CX en fonction du nombre de Reynolds - fente discontinue
Une comparaison de l’efficacité à Reynolds équivalent peut être faite en prenant un jeu de paramètres existant dans les trois configurations, par exemple Cμ ≈ 5 10-3 et StJ ≈ 0.6. Pour ce point particulier, les réductions de trainée sont respectivement de 7.5% pour Re = 1.1 106, 4%
pour Re = 1.4 106 et 7% pour Re = 2.1 106. Cette évolution de l’efficacité du contrôle est plutôt surprenante et reste pour le moment inexpliquée. En effet, il a été observé au Chapitre II que la bulle de recirculation sur la lunette diminue avec le nombre de Reynolds, et que par conséquent sa contribution à la trainée également. L’efficacité du contrôle devrait donc logiquement baisser avec l’augmentation du nombre de Reynolds, mais ce n’est pas le cas ici. Une analyse plus poussée de l’écoulement contrôlé pour différent nombre de Reynolds pourrait permettre d’expliquer ceci.
2.6.5. Bilan
Cette étude approfondie de la configuration fente discontinue pavillon a tout d’abord permis de mettre en évidence l’effet de deux autres paramètres géométriques supplémentaires :
- Position du contrôle : le contrôle est de plus en plus efficace au fur et à mesure qu’il est effectué proche du décollement. Ces considérations sont en accord avec plusieurs autres études, notamment celle de Leclerc [43].
- Modulation spatiale des jets : trop espacer les jets diminue les performances du contrôle.
- Effet du nombre de Reynolds : la variation du nombre de Reynolds ne semble pas changer outre mesure la sensibilité du contrôle aux différents paramètres. Les performances en termes de réductions de CX varient par contre de manière inexpliquée avec l’augmentation du nombre de Reynolds.
Si la sensibilité de la configuration « fente discontinue » aux différents paramètres de contrôle a été précisée, les effets exacts du contrôle sur l’écoulement sont par contre toujours incertains. Les mesures ponctuelles de pression présentées plus tôt suggèrent une réduction ou
globalement le sillage pour mettre en évidence les différentes modifications provoquées par le contrôle et identifier les sources de la réduction de trainée observée.