Les retombées du GDR-CDD sur la recherche appliquée dans le secteur aéronautique

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1 Les retombées du GDR-CDD sur la recherche appliquée dans le secteur aéronautique JP Rosenblum (Dassault-Aviation) 1

2 Objet de la présentation Dialogue entre la recherche fondamentale à laquelle contribue le GDR-CDD et la recherche appliquée sur la problématique du contrôle de décollement: Rappel de certains acquis des travaux du GDR-CDD1 sur le profil Retombées du GDR-CDD1 sur la recherche appliquée Problématique abordée dans le cadre du GDR-CDD2 sur le profil Travaux de recherche appliquée menés en parallèle par Dassault Aviation en partenariat avec l ONERA Nouvelles interrogations adressées à la recherche fondamentale 2

3 Rappel de certains acquis du GDR-CDD1 sur le thème Profil Contrôle de décollement par fente pulsée et VG fluides (numérique) (Thèse G. Petit ) 1,8 1,6 Fente SJ Contrôle de décollement par VG fluides sur NACA 0015 (expé LEA) (Thèse S. Bourgois ) C = 0.35 m V = 40 m/s Reynolds ,4 1,2 1 VG 0,8 0,6 0,4 0, Soufflerie TD 1% NS 3D sans actionneur VGJ 12D Mj=0,4 DSJ Vr = 1,5 Pas de contrôle Avec contrôle (f=500 Hz) Actionneur MEMS ZIP pour le contrôle de décollement (thèse technologique LPMO) (Thèse JR Frutos ) Vj~100 m/s 3

4 Développement d'actionneurs MEMS pour le contrôle de décollement sur voilure hypersustentée en flèche PEA CACV ( ) Financement DGA Cp Réalisation de microvalves IEMN-LEMAC à actionnement magnétique (P. Pernod, A. Merlen, O. Ducloux, A. Talbi, R. Viard, L. Gimeno, ) Test avec actionneurs spécifications spécifications Cf Hi Dimensionnement des Vortex Generateurs Fluides pour le contrôle de décollement de bord d'attaque par calculs NS 3D (α = 15 ) (Travaux Dassault Aviation) spécifications Essais de contrôle de décollement au LEA-ENSMA (α = 14 ) (J. Tensi, J-M Breux) 4

5 Actionneur IEMN pour Vortex Generateurs fluides Architecture de la microvalve à actionnement magnétostatique Légende : PDMS Si Connectique pour l admission de fluide «pad» Membrane flexible Obstacle : «mur» Performance: Vj 240 m/s pour ΔP=1 bar Angles αj et βj obtenus par une plaquette de guidage ou capot maquette Trou D= 1 mm Retour d'expérience: Les microvalves satisfont le cahier des charges: Vj > 200 m/s (minimisation des pertes de charge internes par CFD) Suppression de l auto-oscillation de la membrane Bonne robustesse durant la campagne de soufflerie Débits de fuite importants (jusqu'à 50m/s): accroître la taille du pad; process de fabrication à automatiser Amélioration du packaging: en plastique reproductible Actionneur bistable à améliorer: état initial fluctuant Etudes d'avionnabilité à prévoir: humidité, température, vibrations, environnement contaminé Vitesse (m/s) ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Pression relative (Bars) valve 13 Off valve 13 On valve 14 Off valve 14 On valve 15 Off valve 15 On valve 16 Off valve 16 On valve 17 Off valve 17 On valve 18Off valve 18 On valve 19 Off valve 19 on valve 20 Off valve 20 On 5

6 Essais LEA/ENSMA Contrôle des décollements sur voilure hypersustentée en flèche avec VG fluides (Essais en Transition Déclenchée) Montage en paroi: effet de flèche + effet de dièdre dépendant de α + effet 3D d emplanture Contrôle du décollement de bord d'attaque avec d'actionneurs de labo, puis des microvalves IEMN: Etude paramétrique du diamètre des VGF, de leur position, espacement, des angles et vitesse de soufflage. Contrôle du décollement de volet (10 et 20 ) à l'aide de VGF de labo: 2 1,5 1 0,5 0 Cz Cz(α) pour Vr = 5 sans contrôle sans contrôle Φ = -50 Φ = incidence ( ) α = 14 Etude paramétrique du diamètre des VGF, de leur position, espacement, des angles et vitesse de soufflage dans le cas du volet 10. Gain en Cz inférieur pour le volet 20 Volet 10 α = 0 Vr=5 6

7 Problématique abordée dans le cadre du GDR-CDD2 sur le thème Profil Recherche d un contrôle instationnaire «optimisé»: adapter la fréquence et le rapport cyclique du contrôle pulsé pour tirer partie des temps de retard à l établissement des phases transitoires de décollement / recollement étude des transitoires de décollement / recollement (phénoménologie, temps caractéristiques) Thèse de WL Siaw (LEA-ENSMA) sur la caractérisation expérimentale et détection des transitoires de décollement / recollement Type de soufflage Cz moyen Sans soufflage 1.02 Soufflage pulsé 1.47 Soufflage continu 1.81 Soufflage pulsé tenant compte des retards à l établissement des transitoires + étude des transitoires (Travaux Dassault Aviation: T. Pollak) Travaux de l équipe d E. Moreau (J. Jolibois, N. Benard) sur le contrôle sur profil en électrofluidodynamique: Caractérisation des transitoires par PIV rapide 1ers exemples de boucle fermée: Décollement sur marche arrondie (J Dandois-ONERA) Conférences invitées de B. Noack, L. Cattafesta, A. Glezer 7

8 Etude de la dynamique du recollement sur profil NACA0012 (Travaux Dassault Aviation) Mach= 0.2, α = 15, c = 150 mm, Re c = 0.2 million, Transition Déclenchée Recollement sur profil au bout de Δt = 4 ms=2.5t* Etablissement de la circulation au bout de Δt = 20 ms=12.5t* Temps convectif T*= 1.6 ms 8

9 Etude de la dynamique de fin de soufflage sur profil NACA0012 (Travaux Dassault Aviation) Mach= 0.2, α = 15, c = 150 mm, Re c = 0.2 million, Transition Déclenchée Début de la phase d arrêt du soufflage Temps convectif T*= 1.6 ms Chute de portance au bout de Δt = 10 ms=6.25t* (lâché du bulbe initial) Etat final décollé atteint au bout de Δt = 22 ms=14t* (lâché de gros tourbillons) 9

10 Etude de la dynamique de fin de soufflage sur profil NACA0012 (Travaux Dassault Aviation) Mach= 0.2, α = 15, c = 150 mm, Re c = 0.2 million, Transition Déclenchée Cycle de l état décollé final Décollement depuis le bord d attaque (au lieu de 26% en non contrôlé) Lâchés tourbillonnaires à fréquence 275 Hz (période T=3.6 ms) 10

11 Travaux de recherche appliquée menés par Dassault Aviation en partenariat avec l ONERA Simplification des dispositifs hypersustentateurs: peut-on remplacer des becs par du contrôle de décollement à iso-performance? Amélioration les performances de décollage et d'atterrissage sur une configuration sans becs (voilure laminaire en croisière) Travaux en cours dans le cadre du DTP HSNG (financement DGAC), puis application dans le cadre du projet CEE Cleansky: fente pulsée & VGF d'intrados Contrôle de décollement subsonique: Cz α 11

12 Résultats sur le soufflage normal par jet synthétique Travaux de Dassault Aviation à l aide de calculs RANS et URANS Fente normale 0.5mm à 0.6% de corde Position du décollement à 14 Avec contrôle V=100 F=200 VR=0.73 F+=2 Sans contrôle 12

13 Résultats préliminaires sur le soufflage tangentiel (continu, pulsé, synthétique) Soufflage tangentiel continu, pulsé et synthétique Soufflage continu V=300m/s Fente 0.5 mm Soufflage continu Fente 0.25 mm Jet synthétique VR=2.2 F+=3 Jet pulsé VR=2.2, F+=3, 50% duty cycle 13

14 Démonstration expérimentale et besoin en actionneurs Vérifie t'on expérimentalement les tendances données par les calculs URANS? essais ONERA/L1 prévus en 2010 Actionneur continu / pulsé (Vj 300 m/s, f 1kHz) conçu par l'onera et intégré au B.A. (1er %) Besoin de développer de nouveaux actionneurs: Jet synthétique fonctionnant à des vitesses soniques? "A high-speed, compressible synthetic jet" TM Crittenden, A. Glezer (Physics of Fluids 18, (2006)) Potentiel des spark jets pour le contrôle de décollement? (D. Caruana) 14

15 Nouvelles interrogations adressées à la recherche fondamentale Compréhension fine des mécanismes d'action du contrôle instationnaire (pulsé, jet synthétique) pour appréhender la dépendance en fréquence et l'amplitude du contrôle nécessaire (intérêt de visus par PIV rapide), Poursuite des travaux sur la boucle fermée (entre autres quels capteurs pour le contrôle de décollement et quelle localisation?), Faire progresser les actionneurs (principalement les jets synthétiques supersoniques), Comprendre l'influence de la forme du profil sur l'efficacité ou la non efficacité du contrôle (comment améliorer la réceptivité au contrôle?), Comprendre le mécanisme du recollement obtenu par actionneur plasma DBD sur profil avec des vents ioniques de faible vitesse. 15