Essais de contrôle d écoulement à l arrière d un corps de Ahmed par jet pulsé produit par des électrovannes

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1 Essais de contrôle d écoulement à l arrière d un corps de Ahmed par jet pulsé produit par des électrovannes Philippe Gilotte *, Eric Bideaux **, Jean-Yves Champagne ***, Mahmoud El Hajem *** Journées GDR Contrôle des Ecoulements 4 et 5 novembre 009

2 Démarche : contrôle d écoulement sur le corps de Ahmed 1. Contrôle par jets synthétiques : approche par calcul D transitoire 1. Travaux de référence (Renault IMFT). Fréquences caractéristiques de l écoulement (pas de temps ) 3. valeurs physiques à contrôler (fréquence et qdm ). Contrôle par jets pulsés : approche par essais 1. Caractéristiques des électrovannes. Vérification au film chaud et par calcul transitoire 3D 3. Montage sur maquette 4. Premiers essais de visualisation en soufflerie 3. Conclusions PAGE / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

3 Aérodynamique véhicule : solution de contrôle Solution de contrôle à l arrière du corps de Ahmed - Gain de 7% : réduction des tourbillons longitudinaux sur les montants arrière - Gain de 7% : réduction de la zone de décollement - Interaction entre les deux phénomènes Transparent présenté par E. GUILMINEAU, Ecole Centrale de Nantes PAGE 3 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

4 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Contrôle du décollement sur la lunette arrière du corps de Ahmed - Calcul bidimensionnel sur géométrie à l échelle ¼, lunette inclinée à 5 - Conditions aux limites au niveau pavillon/lunette pour introduction jet synthétique - Réduction du décollement et des pertes de pression d arête avec contrôle U d max 1 4 = = 1, e 4U H f f + j j F = = = 0,7 f U k H C µ Coefficient de pression d arrêt Cp i et lignes de courant sur le champ de vitesse moyen sans contrôle (à gauche) et avec contrôle (à droite) Cp i = P P 1 ρ u 0 C. LECLERC, E. LEVALOIS, P. GILLIERON, A. KOURTA, Aerodynamic drag reduction by synthetic jet: D numerical study around simplified car, 3rd AIAA Flow Control Conference, June 006 PAGE 4 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

5 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Caractéristiques de l écoulement transitoire sans contrôle - Vitesse - Hauteur de 88 mm - Fréquence caractéristique - Période : 0,00719 s - Pas de temps < 7,19 e -4 s U = 40 m/s U = 40 m / s U 40 f k = = = 139 Hz H 88 H = 88 mm 0,7H= 00 mm 5 m/s PAGE 5 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

6 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Caractéristiques de l écoulement transitoire avec contrôle - Taille de maille la plus faible : x = 0,16 mm - Vitesse du jet : U jet = 30m / - pas de temps pour calcul transitoire : - Temps d échantillonnage en semi implicite - Nombre d itération par période : - Moyenne sur 4 périodes : [0,075 ; 0,5] => 1400 itérations s 1 f k t t CFL 7.19e = 1,5e X = U t 3 4 e jet = = 3. t = 57, ,16.1e 30 CFL = 5,3. e = 3.5,3. e s 6 = 1,5e 4 s Contrôle avec jet pulsé 1 mm PAGE 6 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

7 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Caractéristiques de l écoulement transitoire avec contrôle - Variation temporelle de la vitesse au centre du jet - Jet de 1mm de large - Bord à 0,5 mm de l arête 1 mm 0,5 mm Condition aux limites du jet synthétique 1 mm 0,5 mm PAGE 7 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

8 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Écoulement moyen sans contrôle V= 6 m/s V= 6 m/s PAGE 8 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009 vitesse moyenne sans jet : décollement sur la lunette

9 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Écoulement moyen sans contrôle - Niveaux similaires des coefficients de pression moyennés - Lignes de courant similaires entre les deux calculs Average results for total pressure coefficient and streamline from Renault IMFT publication Average results for total pressure coefficient and streamlines from PO simulations PAGE 9 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

10 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Écoulement moyen sans contrôle - Coefficient de pression : cp = P P 1 ρ u - Coefficient de traînée : C d = c p n i x ds (lié au coefficient de pression) ds 0 r. r Valeurs algébriques plus fortes dans le calcul PO : sensibilité au maillage? Coefficient de pression 80 Série Y/H % , -0,5-0,3-0,35-0,4-0,45-0,5-0,55-0,6 CP Cp obtenu sans contrôle PAGE 10 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009 Renault IMFT publication

11 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Écoulement moyen avec contrôle PAGE 11 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009 vitesse moyenne avec jet

12 Aérodynamique véhicule : contrôle par jet synthétique Écoulement moyen avec et sans contrôle - Gain de Cx de 15% avec solutions de soufflage (7% attendu en 3D) C µ U d 40.0,38. e = e 4U 3 max = = 3, 3 H ,88 4 D après Renault IMFT publication Gain en Cx de l ordre de 15% en D D après Renault IMFT publication PAGE 1 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

13 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Conditions de soufflage : - Maquette à l échelle 0,7 - Jet pulsé à 198 Hz - vitesse max de soufflage de 0 m/s C µ U d 40.0,38. e = e 4U 3 max = =, H ,88 4 definition symbole echelle 0,7 vitesse vehicule [m/s] U 40 hauteur [m] 0,0 frequence [Hz] f 198 vitesse actionneur [m/s] U max 0 largeur fente [m] d 7,00E-04 coeff qté mvt c µ,17e-04 longueur fente [m] L 0,7 longueur actionneur L action 0,040 nb actionneur N 7 débit actionneur [l/min] Q action 33,6 gain probable de 7% en 3D sur l arête pavillon / lunette PAGE 13 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

14 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Données des électrovannes : - Temps de réponse < ms - Frequence max 00 Hz - débit max de soufflage de 30 l/min - Compatible avec condition de soufflage demandé - Possibilité d utiliser un distributeur de deux électrovannes distributeur électrovanne PAGE 14 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

15 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Adaptation des électrovannes : - Adaptation d un diffuseur - entrée dans le diffuseur en diamètre 6 mm - Sortie sur une section de 0,7 x 40 mm - Vitesse moyenne de 0 m/s en entrée et sortie - Mesures au fil chaud Adaptation d un diffuseur Mesures au fil chaud PAGE 15 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

16 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Mesures de soufflage d électrovannes : - Vitesse crête à 6 mm de la sortie : entre 15 m/s et 0 m/s - Vitesse moyenne autour de 15 m/s - Fréquence de 150 Hz - Pertes de charge dans l électrovanne (de l ordre de 3b) Vitesse de sortie en fonction de la pression amont Résultats de mesures de vitesse au film chaud en transitoire (à gauche) et moyenné (à droite) PAGE 16 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

17 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Calcul du soufflage à la sortie de l électrovanne : - Faible mélange dans la largeur de sortie de diffuseur sur les vitesse instantanées - Faible amortissement et déphasage de la vitesse dans le diffuseur (9,5 e-4s) Ve D DD C 1 Vitesse suivant la largeur à t=0,193s Centre Demi Droite Droite vitesse d'entrée vitesse position suivant la largeur 5 0 0,18 0,18 0,184 0,186 0,188 0,19 0,19 0,194 0,196-5 D DD C PAGE 17 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

18 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Montage sur maquette : - Corps de Ahmed à l échelle 0,7 - Lunette inclinée à 35 pour créer des conditions st ables de décollement - Création d un rayon de ceintrage au niveau de l arête pavillon / lunette - Jet pulsé normal à la lunette - Fente à 5 mm de l arête avant ceintrage d= 5 mm R=0 mm α = 35 PAGE 18 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

19 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Montage sur maquette : PAGE 19 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

20 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Préparation des essais soufflerie - Grille de 100 x 110 mm - Diamètre de veine : 1, m - Longueur de 1,85 m - Maquette cote hors tout 01 x 7 x Taux de blocage et longueur amont aval à valider PAGE 0 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

21 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Essais de visualisation en soufflerie - Pression à l amont des électrovannes : 4 bars - Fréquence de 150 Hz - Vitesse air soufflerie 37 m/s - Visualisation fumée sur la lunette pour contrôle à 150 Hz - Attachement immédiat - Déttachement très lent - Diminution de la consommation en air comprimé? PAGE 1 / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009

22 Aérodynamique véhicule : contrôle par jets pulsés Conclusion et perspective - Solution de maquettage pour essais de contrôle par débit pulsé - Solution de contrôle lunette à 35 avec rayon de cour bure pavillon/lunette - Attachement en moyenne sur la lunette à confirmer - Détachement lent à confirmer - Mesures de Cx et de champs de vitesse à réaliser (février par l institut PRISME) - Optimisation acoustique :» rigidification du diffuseur» conduit intermédiaire souple entre électrovanne et diffuseur - Calcul 3D du jet sur le corps de Ahmed avec conditions de périodicité (janvier) PAGE / Journées GDR Controle des Ecoulements - 4 et 5 novembre 009