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Caractérisation et contrôle de lécoulement autour dune configuration générique dUCAV Stéphane MORGAND 3e année DAAP/MMHD Bourse DGA/ONERA Directeur de.

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1 Caractérisation et contrôle de lécoulement autour dune configuration générique dUCAV Stéphane MORGAND 3e année DAAP/MMHD Bourse DGA/ONERA Directeur de thèse: Eric Garnier (ONERA) Encadrants ONERA: Jean-François Le Roy

2 DAAP/MMHD - JDD Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Présentation du drone générique Description de lécoulement à lextrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de linstabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives

3 DAAP/MMHD - JDD Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Présentation du drone générique Description de lécoulement à lextrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de linstabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives Plan

4 DAAP/MMHD - JDD Contexte Problématiques Géométrie de voilure pour drone subsonique (type UCAV) La structure de lécoulement dune aile à flèche modérée diffère de celle dune aile à forte flèche Phénomènes aérodynamiques dégradant les performances aérodynamiques : Instabilités latérales Pitch-up Éclatement tourbillonnaire Angle de flèche Avion de ligne Aile de type UCAV Aile à forte flèche 20° φ 35° connu 40° φ 55° Connaissance à approfondir 55° φ 70° connu Démonstrateur UCAV Neuron Dassault-Aviation Démonstrateur UCAV Phantom Ray Boeing Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives

5 DAAP/MMHD - JDD Objectifs scientifiques Caractérisation de lécoulement Meilleure connaissance de la phénoménologie de lécoulement : naissance et développement des structures tourbillonnaires à lextrados dun UCAV générique Mise en place de nouvelles études numériques et expérimentales Contrôle de lécoulement aérodynamique Limiter les effets des non linéarités aérodynamiques Améliorer les performances aérodynamiques du drone Objectifs scientifiques communs aux groupes RTO-AVT161/183 Amélioration de la manoeuvrabilité des drones Validation des codes de simulations numériques Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

6 DAAP/MMHD - JDD Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Présentation du drone générique Description de lécoulement à lextrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de linstabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives

7 DAAP/MMHD - JDD Présentation de lUCAV générique UCAV générique de type SACCON (Stability And Control CONfiguration ) Projet du groupe RTO AVT161 Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

8 DAAP/MMHD - JDD Présentation du calcul RANS Maillage Nombre de points (1/2 conf) corde Bord dattaque 14 Millions77 28 Millions Millions UCAV générique de type SACCON projet du groupe RTO AVT pts 117 pts Méthodes numériques Discrétisation temporelle : Backward euler Discrétisation spatiale : Jameson Modèle de turbulence : Spalart - Allmaras Conditions aérodynamiques M =0,14, V = 50 m/s Re = 1,59.10e6 Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

9 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

10 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement = 15° Ligne dattachement du vortex dapex Ligne de séparation du vortex d épaisseur Écoulement attaché Formation du tip vortex Ligne dattachement du tip vortex Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

11 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement = 16° Ligne dattachement du vortex dapex Ligne de séparation du vortex d épaisseur Écoulement attaché Formation du tip vortex Ligne dattachement du tip vortex Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

12 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement = 17° Ligne dattachement du vortex dapex Ligne de séparation du vortex d épaisseur Écoulement attaché Remontée du tip vortex Ligne dattachement du tip vortex Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

13 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement = 18° Ligne dattachement du vortex dapex Remontée du tip vortex Ecoulement de retour Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

14 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement = 19° Ligne dattachement du vortex dapex Remontée du tip vortex Ecoulement de retour Vitesse = 0 Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

15 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement = 20° Ligne dattachement du vortex dapex Ecoulement de retour Vitesse = 0 Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

16 DAAP/MMHD - JDD Comparaison données numériques/expérimentales Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

17 DAAP/MMHD - JDD Comparaison données numériques/expérimentales CFDPIV CFDPIV Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

18 DAAP/MMHD - JDD Données Expérimentales (campagne PIV DNW) Tip vortex Vortex dépaisseur Apex vortex Données expérimentales SPIV effectuée au DNW x/c = 20 – 45 % ONERA Résolution spatiale 1.2 mm x/c = 45 – 80 % DLR Résolution spatiale 2 mm = 17° Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

19 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement vortex (Critère Gamma1) x/c=70% Utilisation du critère Gamma 1 sur un cliché moyen Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

20 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement vortex Epaisseur de vorticité Paramétre de swirl (data) Vortex dépaisseur Vortex dapex Tip Vortex x/c=45% Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

21 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement substructures (Gamma2) x/c=45% Cliché instantanéUtilisation du critère Gamma 2 sur un cliché instantané Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

22 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement substructures (Gamma2) x/c=70% Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

23 DAAP/MMHD - JDD Description de lécoulement Région découlement attaché Disparition de la région découlement attaché Apparition du tip vortex Remontée du tip vortex Renforcement du tip vortex Éclatement du tip vortex et du vortex dapex En résumé 2 grandes régions découlement Forte influence du tourbillon de bout daile sur le Cmy Région 1 : Vortex dapex et dépaisseur Apparition et intensification du tip vortex Région 2 : Remontée du tip vortex Éclatement du tip vortex 1 2 Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

24 DAAP/MMHD - JDD Etude expérimentale Essais en soufflerie L1 Maquette ONERA dun UCAV générique de type SACCON 96 prises de pression stationnaire et 4 prises de pression instationnaire Bords dattaques aigus et arrondis U = m/s Étude de transition par infra rouge, Tomoscopie laser, SPIV, visualisation par bouillie visqueuse Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

25 DAAP/MMHD - JDD Controle de lécoulement: mise en place de strake Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

26 DAAP/MMHD - JDD Controle de lécoulement Intro | Présentation du drone | Description de lécoulement | Contrôle | Perspectives

27 DAAP/MMHD - JDD Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Présentation du drone générique Description de lécoulement à lextrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de linstabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives

28 DAAP/MMHD - JDD Conclusions et perspectives Conclusions : Compréhension de lécoulement à lextrados du drone Les simulations numériques de type RANS ne restituent pas de façon fidèle les données expérimentales Les simulations numériques donnent une tendance sur les efforts Les instabilités latérales et du Pitch-up sont contrôlés par des dispositifs de strake Perspectives : Approfondissement de létude par de nouvelles simulations numériques avec des dispositifs de contrôle Acquisition de données instationnaires dans une nouvelle étude expérimentale Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives

29 DAAP/MMHD - JDD Publications/Communications Publications : Stereoscopic Particle Image Velocimetry Flowfield Investigation of an Unmanned Combat Air Vehicle, E. Roosemboom (DLR) and S. Morgand,Journal of Aircraft, 2011 Static and Dynamic SACCON PIV tests, Part I : Forward Flowfield, S. Morgand, A. Gilliot, J-C Monnier, J-F Le Roy, C. Geiler, J. Pruvost, Chapter 5, RTO-AVT 161, 2011 Communcations : SACCON CFD Static and Dynamic Derivatives using ElsA, J-F. Le Roy and S. Morgand, 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2010 Static and Dynamic SACCON PIV tests, Part I : Forward Flowfield, A. Gilliot and S. Morgand, J-C Monnier, J-F Le Roy, C. Geiler, J. Pruvost, 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2010 Caractérisation par PIV de lécoulement autour dune maquette générique de Drone de Combat, A. Gilliot, S. Morgand, J-C Monnier, J-F Le Roy, C. Geiler, J. Pruvost, Congrès Francophone de Techniques Laser, 2010 Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives

30 DAAP/MMHD - JDD Formations Formations : Flow Control, 2009 ICEM, 2010 eslA, 2010 Doctoriale X-DGA-ParisTech, 2011 Rédaction de thèse, 2011 Encadrement de G. Steinitz (stagiaire ENS Cachan), 2011 Annexe : Mise en place de programmes pour le post-traitement automatique pour la PIV (critère, point singuliers,POD, wavelet 1D/2D …) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives

31 DAAP/MMHD - JDD Merci de votre attention Questions ?


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