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Contrôle en boucle ouverte des instationnaités de cavité en régime transsonique Sami Yamouni 2e année DAFE Bourse ONERA Directeurs de thèse: Laurent Jacquin.

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1 Contrôle en boucle ouverte des instationnaités de cavité en régime transsonique Sami Yamouni 2e année DAFE Bourse ONERA Directeurs de thèse: Laurent Jacquin Denis Sipp

2 DAFE - JDD Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: propriétés physiques dun écoulement de cavité Simulation URANS elsA Analyse théorique de linfluence de la compressibilité sur les modes de cavité Etude expérimentale Conclusions et perspectives

3 DAFE - JDD Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: propriétés physiques dun écoulement de cavité Simulation URANS elsA Analyse théorique de linfluence de la compressibilité sur les modes de cavité Etude expérimentale Conclusions et perspectives

4 DAFE - JDD Problème aérodynamique Conséquences: nuisances sonores, dommages structurels et électroniques,… Contexte Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives

5 DAFE - JDD Objectifs scientifiques Améliorer la compréhension physique du phénomène de cavité Analyser et expliquer le succès dune démarche de contrôle en boucle ouverte : le « cylindre » (*) (*) Illy H., Jacquin L., Geffroy P., Observations on the passive control of flow oscillations over a cavity in a transonic regime by means of a spanwise cylinder, AIAA Etude numérique: Simulation RANS (et URANS) en vue dune étude de stabilité globale (elsA) et de sensibilité (prévision a priori de la position du cylindre de contrôle). Etude théorique: Influence de la compressibilité sur les modes de cavité (FreeFem) Etude expérimentale: Détermination de la zone de contrôle des instationnarités de cavité par à un cylindre Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives

6 DAFE - JDD Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: propriétés physiques dun écoulement de cavité Simulation URANS elsA Analyse théorique de linfluence de la compressibilité sur les modes de cavité Etude expérimentale Conclusions et perspectives

7 DAFE - JDD Analyse des études existantes (1/2) La cavité est un phénomène largement étudié depuis les années 1950 Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives COUPLAGE AERO-ACOUSTIQUE U Thèse qui fait suite aux travaux de Forestier(2000) et Illy(2005) au sein du DAFE Forestier N., Jacquin L., Geffroy P., The mixing layer over a deep cavity at high-subsonic speed, Journal of Fluid Mechanics Illy H., Jacquin L., Geffroy P., Observations on the passive control of flow oscillations over a cavity in a transonic regime by means of a spanwise cylinder, AIAA 2008.

8 DAFE - JDD Analyse des études existantes (2/2) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Techniques de contrôle: Passif: modifications de la géométrie des bords de la cavité - Heller & Bliss (1975), Rockwell & Naudascher (1978), Pereira & Sousa (1994) obstacles au bord amont (spoilers, step) – Doran (PhD 2006) soufflage continu cylindre au bord amont – Illy H. (PhD 2005), Comte P., Daude F. & Mary I. (2008), Daude F. (PhD 2009) Actif: soufflage pulsé au bord amont systèmes piézoélectriques – Cattafesta & Washburn (1997), Stanek (2001) haut-parleur – Kestens & Nicoud (1998) volets vibrants – Williams et al. (2000) fonction de forçage au bord amont (contrôle en boucle fermée) - Barbagallo (2009)

9 DAFE - JDD Contrôle à laide dun cylindre (1/2) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Actionneur choisi pour notre étude: le cylindre Reprise des travaux de H. Illy L D W x z d UeUe Paramètres contrôlant la cavité:

10 DAFE - JDD Contrôle à laide dun cylindre (2/2) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Effets du cylindre placé en amont de la cavité sur les instationnarités: Illy H. (AIAA, 2008) Paramètre le plus influent:

11 DAFE - JDD Analyse numérique (1/2) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Simulation dans les conditions de lexpérience Logiciel elsA Simulations LES déjà faites (Larchevêque ) Schéma de la cavité étudiée Caractéristiques : L/D = 0.42, Mach=0.8, Re = 8.6e5 Modèle choisi: k-ω Wilcox

12 DAFE - JDD Analyse numérique (2/2) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Simulation numérique URANS de la vorticité Premiers résultats Signal de pression au bord aval p Fréquence proche de lexpérience - Forestier (2000): ~ 2000Hz Même nombre de structures dans la couche de mélange. BUT: Analyse de Stabilité globale à partir du champ RANS Introduction dun cylindre dans la simulation

13 DAFE - JDD Analyse théorique (1/3) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Influence de la compressibilité sur les modes de la cavité lsls L D Cavité de rapport L/D=1 Re=7500 et Mach = 0 à 0.9 À lentrée: u=1, v=0 Etude de stabilité: Résolution des équations de Navier Stokes compressibles. où σ, le taux damplification et ω, la pulsation du mode propre. avec vérifie: Problème aux valeurs propres généralisé BUT: Comprendre la dynamique dune cavité à faible nombre de Mach

14 DAFE - JDD Analyse théorique (2/3) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Premiers résultats Modes de couche de mélange ( Rossiter ): Modes acoustiques ( East ): Transition incompressible compressible Spectre Strouhal-Mach des modes propres instables de la cavité compressible. La dynamique quand M 0 est complexe

15 DAFE - JDD Analyse théorique (3/3) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives 1/M 1-1/M 1+1/M Vitesse longitudinale du mode 3 à Mach=0.3 Masse volumique du mode 3 à Mach=0.3

16 DAFE - JDD Essai en soufflerie Reprise du montage de H. Illy et N. Forestier (thèses DAFE) Principe: Retrouver les résultats des expériences précédentes (sans cylindre, et avec cylindre à lamont) Explorer la couche de mélange et lamont de la cavité avec le cylindre Conditions expérimentales: M=0.8, L/D=0.42 Méthodes de mesure: prises de pression instationnaire, strioscopie, PIV Prévu pour début 2011 Étude expérimentale Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives

17 DAFE - JDD DAFE - JDD 2011 Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: propriétés physiques dun écoulement de cavité Simulation URANS elsA Analyse théorique de linfluence de la compressibilité sur les modes de cavité Etude expérimentale Conclusions et perspectives

18 DAFE - JDD Conclusions et perspectives État davancement: Étude RANS terminée Étude compressible en cours A venir… Analyse de stabilité du champ RANS Introduction du cylindre Interprétation des résultats Simulation FreeFem Etude expérimentale Comparaison zone de sensibilité expé simulation elsA Interprétation sur le rôle du cylindre dans le contrôle des instationnarités. Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Simulation elsA

19 DAFE - JDD Publications et modules de formation Modules de formation (ONERA) « Aéroacoustique : Modélisation et Calculs » (15, 16 et 17 juin 2010) « Sécurité Laser » (16 décembre 2010) Conférence: Congrès Français de Mécanique à Besançon, Août 2011 Stabilité dun écoulement de cavité ouverte en régime compressible (sous réserve dacceptation du Conseil Scientifique du congrès)

20 DAFE - JDD Questions


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