Laboratoire Ampère Unité Mixte de Recherche CNRS Génie Électrique, Électromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications Actionneurs pour le contrôle des décollements et la réduction de traînée E. Bideaux*, M. El Hajem, M. Michard, P. Ferrand eric.bideaux@insa-lyon.fr Septembre 2008 1
Intérêt de la réduction de traînée Pour un véhicule, sur autoroute: Pertes aérodynamiques = 70% des pertes totales 20% gain de Cx = 14% d économie d essence 2
Principes existants Améliorer écoulement sur l arrière du véhicule Solutions passives Solutions actives Générateurs de vortex Modification de la géométrie Modification de la peau 3
Principes existants Améliorer écoulement sur l arrière du véhicule Solutions passives Solutions actives Générateurs de vortex Modification de la géométrie Modification de la peau 4
Principes existants Améliorer écoulement sur l arrière du véhicule Solutions passives Solutions actives Aspiration Soufflage Jets synthétiques Jets pulsés 5
Principes existants Améliorer écoulement sur l arrière du véhicule Solutions passives Solutions actives Aspiration Soufflage Jets synthétiques Jets pulsés 6
Principes existants Améliorer écoulement sur l arrière du véhicule Solutions passives Solutions actives Aspiration Soufflage Jets synthétiques Jets pulsés 7
Principes existants Sans contrôle Améliorer écoulement sur l arrière du véhicule Solutions passives Solutions actives Avec contrôle Aspiration Soufflage Jets synthétiques Jets pulsés 8
Historique des travaux Résultats issus d un travail commun : Laboratoire de Mécanique des Fluides et d Acoustique (LMFA) / Laboratoire Ampère Mécanique des fluide, Aérodynamique, CFD Exp., soufflerie, PIV LMFA 2008-2010 : Mise au point du principe et validation Collaboration avec Plastic Ommium (2008-2010) Collaboration avec Renault (2009-2010) Ampère Écoulements internes, Automatique, G. Elec. Exp., électronique, mesures instationnaires Caractérisation des actionneurs Approche visuelle en soufflerie Validation en soufflerie de référence (Orléans) 2010-2011 : Caractérisation des jets / Electrovannes Développement d un banc de caractérisation des jets et EV Conception d une EV ultra rapide (TR < 1 ms) Essais sur culot droit (Volvo) 9
Banc d essai Corps d Ahmed Diffuseurs Electrovannes 5 Jets pulsés Sens de l écoulement 10
Banc d essai Corps d Ahmed Diffuseurs Electrovannes 5 Jets pulsés 11
Banc d essai Corps d Ahmed Diffuseurs Electrovannes 5 Jets pulsés 12
ΔCx % Quelques résultats en soufflerie Meilleur gain pour 1,5bar et 500Hz: 19,9% de réduction de Cx et portance quasiment nulle Reproductible à conditions identiques 10.0 5.0 P = 1.5 bar 0.0-5.0-10.0 Très forte sensibilité -15.0-20.0 50 150 250 350 450 490 510 550 f [Hz] 13
Quelques résultats en soufflerie Cas avec 20% de réduction de Cx Cas sans contrôle Cas avec recollement de l écoulement amont 14
Conclusions sur les travaux expérimentaux Bilan: Des résultats concluants en terme de réduction de traînée, Les actionneurs permettent d aller explorer l action de jets pulsés dans une grande gamme de fréquence et d énergie injectée. Les manques: Caractérisation des jets à haute fréquence Calcul 3D instationnaire? Commande Caractérisation instationnaire des écoulements controlés Avant de faire du contrôle, il faut répondre à plusieurs questions : Où agir? Comment agir? Effets des perturbations? 15
Travaux en cours et perspectives Banc de caractérisation des jets instationnaires Forme du jet libre en instationnaire (sonde 5 points 5 KHz, Fil chaud) Effet de la commande de l actionneur sur la forme du jet Fil chaud ou sonde 5 points 3 axes motorisés (10 mm) 16
Travaux en cours et perspectives Electrovanne ultrarapide Bande passante en débit > 1 KHz Très faible perte de charge Encombrement réduit (10x70x70 mm) Débit important 100 Nl/mn Commande Carte de commande 24V? F hydrodynamique Commande de profil de jet U(i)? F hyd? Ps i Electro-aimant L(x,i), R, Ke F ea (x,i) Mécanique M, Kr, Ffrot x Etage de débit Tiroir/chemise Embase? v Pu? q m Jet d air? F jet 17
Travaux en cours et perspectives Exploitation de la paramétrisation en CFD pour la commande Expérimentation : extrêmement couteux et il est toujours difficile de contrôler tous les paramètres CFD : 3D instationnaire temps de calcul!!!! Synthèse de lois de commande Validation en simulation Paramétrisation du modèle System optimization Matlab/Simulink AMESim System simulation functions outputs functions inputs Data bases construction of extrapolation functions Solution parameterization High order differentiation CFD solution computation of a single case Component local modeling (meshing, hypotheses, ) System simulation Flow optimization in component Turb Opty CFD softwares Turb flow GridGen 18
Synthèse de la problématique Dynamique Multi-échelle Structure variable Haute / basse fréquence Modélisation? Actionneurs? Contrôle d un écoulement Stabilité faible Pas de mesure direct des grandeurs à contrôler Le contrôle a un impact sur l évolution de la structure Robustesse? Calcul de trajectoire? Observateurs? Structure de commande? 19