BANC DE CARACTÉRISATION

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "BANC DE CARACTÉRISATION"

Lionel Joseph
il y a 6 ans
Total affichages :

1 1

2 BANC DE CARACTÉRISATION D ACTIONNEURS FLUIDIQUES Quentin GALLAS, Marc PRUVOST DAAP/ELV Lille GDR «Contrôle Des Décollements» novembre

3 Sommaire Introduction Les actionneurs Le banc Procédures de calibrations Quelques résultats Conclusions 3

4 Introduction Aujourd hui, le contrôle des écoulements est une technologie clef nécessaire pour l amélioration des performances aérodynamiques. Qu est ce que le contrôle des écoulements? Une manipulation locale de l écoulement pour générer un bénéfice global du système aérodynamique, d une manière voulue et contrôlée. Comment fonctionne le contrôle des écoulements? Besoin d actionneurs pour interagir localement avec un écoulement externe Actionneur peut être «passif» (générateur de vortex) ou actif (jet fluidique) Le contrôle peut être opéré en boucle ouverte, ou en boucle fermée lorsqu il est associé à des capteurs Quel actionneur pour quel besoin? Technologie des actionneurs fluidiques est au niveau TRL 5-6 maximum (aujourd hui) Pour les essais en soufflerie de recherche, besoin d actionneurs compacts mais puissants Nécessité de couvrir un large domaine d opération : bande passante, vitesse Actionneur non optimisé pour un point de fonctionnement mais pour l exploration de plusieurs gammes de fonctionnement 4

5 Les actionneurs (1/2) Classification des actionneurs pour le contrôle des écoulements par typologie Un actionneur fluidique est constitué de : Un élément oscillant (mécanique ou fluidique) Une cavité Un orifice de sortie Génération d un jet fluidique (continu, pulsé, synthétique, balayant) Cattafesta and Sheplak, Actuators for active flow control, Annu. Rev. Fluid Mech :

Les actionneurs (2/2) Exemple: contrôle de bord de fuite d aile - Elément oscillant : stacks

articulées en acier - Valve : fabriquée en aluminium pour minimiser la masse et réduire le

actionneur pour améliorer le comportement aux hautes fréquences - Géométrie conçue avec des

fente - Bande passante : 200 Hz - Débit massique maximum : 140 g.

6 Les actionneurs (2/2) Exemple: contrôle de bord de fuite d aile - Elément oscillant : stacks piézoélectriques Déplacement amplifié par une cinématique basée sur des lames jointes articulées en acier - Valve : fabriquée en aluminium pour minimiser la masse et réduire le temps de réponse du système - Absorbeurs mécaniques additionnels entre la valve et l actionneur pour améliorer le comportement aux hautes fréquences - Géométrie conçue avec des tolérances micrométriques pour assurer une bonne homogénéité de l écoulement en sortie de fente - Bande passante : 200 Hz - Débit massique maximum : 140 g.s -1 / mètre linéaire BUFFET N Co: a joint ONERA research project devoted to buffet control on a transonic 3D wing using a closed-loop apporach 6

Le banc Conception et fabrication d un banc d essai

fluidiques Traverses 3-axes pas-à-pas Plateforme pour petits

de contrôle de la caméra pour localiser la sonde Support pour

une caméra macro Carte d acquisition 16 bits multivoies avec

pression totale - Fil chaud - LDV - Sonde de pression

7 Le banc Conception et fabrication d un banc d essai multifonctions dédié à la caractérisation d actionneurs fluidiques Traverses 3-axes pas-à-pas Plateforme pour petits actionneurs Système de traverse 3- axes pour les sondages Ecran de contrôle de la caméra pour localiser la sonde Support pour maquettes équipées d actionneurs Support de sonde avec montage d une caméra macro Carte d acquisition 16 bits multivoies avec pilotage synchronisé des grandeurs à mesurer : - Sonde de pression totale - Fil chaud - LDV - Sonde de pression instationnaire Kulite - Débitmètre - Thermocouple - Très haute précision sur la position de la sonde (fentes < 0.5 mm) 7

Procédure de calibration Développement méthodologie de calibration des sondes

continu et uniforme) Sonde fil chaud > taille orifice Intégration spatiale si

Pour les jets pulsés Utilisation de l actionneur comme calibrateur «in-situ» : -

«continu» - Conditions amont connues et maîtrisées - Méthode valide tant que les

8 Procédure de calibration Développement méthodologie de calibration des sondes Sonde fil chaud < taille orifice Calibration classique (régime d écoulement continu et uniforme) Sonde fil chaud > taille orifice Intégration spatiale si utilisé conventionnellement! Pour les jets pulsés Utilisation de l actionneur comme calibrateur «in-situ» : - Fonction de transfert entre l entrée et la sortie de l actionneur en mode «continu» - Conditions amont connues et maîtrisées - Méthode valide tant que les gradients de vitesses sont identiques en régime continu et pulsé Pour les jets synthétiques Utilisation de la méthode de la cloche pour mesurer une vitesse débitante 8

fréquence, en tension, effet forme signal input Qualification spatiale : test homogénéité, profil, position FC/fente 40 GDR - Restitution de la vitesse pic en fonction de la fréquence pour différents

à 10 Hz pour un gain de 4 45 40 35 30 25 30 25 20 15 Restitution de l'homognéité en envergure pour 10 Hz et 70 Hz, Gain 4 Vit Fil 10 Hz / Valfitmax1 Vit Fil 70 Hz / Valfitmax1 15 Comparaison des

9 Vitesse max. fil chaud (m/s) Vit Max. adimensionnée fil chaud filtré Vitesse fil chaud (m/s) Vitesse fil chaud (m/s) Quelques résultats (1/6) Caractérisation des jets synthétiques de la rampe du GDR Qualification en 1 point : réponse en fréquence, en tension, effet forme signal input Qualification spatiale : test homogénéité, profil, position FC/fente 40 GDR - Restitution de la vitesse pic en fonction de la fréquence pour différents gains Vitesse Gain 3 Vitesse Gain 4 Vitesse Gain 5 Vitesse Gain Fréquence (Hz) Restitution temporelle à 10 Hz pour un gain de Restitution de l'homognéité en envergure pour 10 Hz et 70 Hz, Gain 4 Vit Fil 10 Hz / Valfitmax1 Vit Fil 70 Hz / Valfitmax1 15 Comparaison des profils de vitesse adimensionnée pour 10 Hz et 70 Hz - Xmil=285mm - Gain 4 10 Fil chaud à environ 1 mm de l'orifice 5 0 1, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0, , V adim 10 Hz -35 0,6-40 V adim 70 Hz 20 GdrXmilG4/Car_X340_10hz_50%/VitFil(dyn) (m/s) GdrXmilG4/Car_X340_10hz_50%/VitFil(flt) (m/s) GdrXmilG4/Car_X340_10hz_50%/ExitNI(dyn) (V) GdrXmilG4/Car_X340_10hz_50%/ExitAmpli(dyn) (V) GdrXmilG4/Car_X340_10hz_50%/VitFurness(dy n) (m/s) 10 0,4-45 Temps (s) 5 0, Position X (mm) 0-0,5 0 0,5 1 1,5 Abssisse X (mm) 9

Quelques résultats (2/6) Caractérisation de jets synthétiques (1/2) Modèle de soufflerie

écoulement pour la réduction de traînée (jets synthétiques et jets pulsés) Caractérisation

A. Le; Lienard, C.; Verbeke, C.; Pruvost, M.; De Coninck, J.-LC.

10 Quelques résultats (2/6) Caractérisation de jets synthétiques (1/2) Modèle de soufflerie (étude GRC-2 : fuselage d hélicoptère en soufflerie L1 à l ONERA) But : contrôle d écoulement pour la réduction de traînée (jets synthétiques et jets pulsés) Caractérisation des actionneurs avant passage en soufflerie, avant et après montage sur la maquette 10 Pape, A. Le; Lienard, C.; Verbeke, C.; Pruvost, M.; De Coninck, J.-LC., «Helicopter Fuselage Drag Reduction Using Active Flow Control: A Comprehensive Experimental Investigation,» JAHS, V50, 3, July 2015

11 Quelques résultats (3/6) Caractérisation de jets synthétiques (2/2) Vitesse au centre (faisant varier Freq. et Volt.) Moyenne de phase sur une période Profil de vitesse le long de la fente (faisant varier Freq. et Volt.) 11

12 Quelques résultats (4/6) Caractérisation de l homogénéité d actionneurs continus ou pulsés 12

13 Quelques résultats (5/6) Mesure par fil chaud de l homogénéité de la vitesse au voisinage d un orifice Vitesse = max(moyenne temporelle sur 2s) ; largeur fente = 0.1mm 13

Quelques résultats (6/6) Profil 3D du profil de vitesse instantanée Association cartographie 3D avec acquisition signal en synchronisation de phase

14 Quelques résultats (6/6) Profil 3D du profil de vitesse instantanée Association cartographie 3D avec acquisition signal en synchronisation de phase Global_03_hd.wmv Sondage par fil chaud «in-situ» d un TED (trailing edge device) fluidique. La sonde est montée sur un système 3 axe motorisé de précision. 14

15 Conclusions (1/2) Tableau récapitulatif des méthodologies disponibles pour la qualification d actionneurs fluidiques Equipment Actuator type Pulsed Synthetic Hot wire anemometry f max >40kHz Jet exit size Measured data Lower than 2 mm Longer than 2 mm Lower than 2 mm Longer than 2 mm Classical calibration Instantaneous velocity, subsonic no yes no yes In-situ calibration, from Max. instantaneous yes No interest Substitution No interest upstream total pressure and density velocity, subsonic tip with air supply In-situ calibration, from mass flow meter and density In-situ calibration, from airtight bell Optical metrology LDV, max. frequency depending on the seeding quality PIV, fixed frequency Mean mass flow, subsonic and supersonic Instantaneous velocity of particles 2D maps of instantaneous velocities yes yes homogeneity homogeneity yes yes yes yes Depend on spatial resolution Travaux en cours sur l utilisation de la LDV comme mesure non-intrusive et sur la méthodologie de calibration de fil chaud pour des jets compressibles supersoniques yes Depend on spatial resolution yes Dandois J., Pruvost M., Ternoy F., David F., Overview of ONERA Actuators for Active Flow Control, AerospaceLab n 6, AL06-03, 14 pages, /2013.AL06-03,

Conclusions (2/2) Possibilité de compléter la caractérisation de l actionneur en le montant dans une

qualification d actionneurs fluidiques Techniques expérimentales multi-grandeurs (pression, débit,

toute configuration Large expertise développée ses 5 dernières années dans la caractérisation d actionneurs

16 Conclusions (2/2) Possibilité de compléter la caractérisation de l actionneur en le montant dans une soufflerie de couche limite subsonique Conception et fabrication d un banc multi-fonction dédié à la qualification d actionneurs fluidiques Techniques expérimentales multi-grandeurs (pression, débit, température, vitesse ) Système d acquisition moderne avec cartes analogiques et numériques Banc adaptable à toute configuration Large expertise développée ses 5 dernières années dans la caractérisation d actionneurs fluidiques et les méthodologies de calibration expérimentale ONERA ouvert pour caractériser les actionneurs des partenaires du GDR 16

Documents pareils

Série M Débitmètres Eletta. Débitmètre à P avec sortie programmable

Série M Débitmètres Eletta. Débitmètre à P avec sortie programmable Série M Débitmètres Eletta Débitmètre à P avec sortie programmable Débitmètre à fonctions multiples pour gaz et liquides M3 Le débitmètre série M, avec sa conception polyvalente et conviviale, trouve tout