Sami Yamouni 2e année DAFE Bourse ONERA 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

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: propriétés physiques d’un écoulement de cavité Simulation URANS elsA Analyse théorique de l’influence de la compressibilité sur les modes de cavité Etude expérimentale Conclusions et perspectives

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: propriétés physiques d’un écoulement de cavité Simulation URANS elsA Analyse théorique de l’influence de la compressibilité sur les modes de cavité Etude expérimentale Conclusions et perspectives

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

Objectifs scientifiques Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Améliorer la compréhension physique du phénomène de cavité Analyser et expliquer le succès d’une 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 2008. Etude numérique: Simulation RANS (et URANS) en vue d’une 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

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: propriétés physiques d’un écoulement de cavité Simulation URANS elsA Analyse théorique de l’influence de la compressibilité sur les modes de cavité Etude expérimentale Conclusions et perspectives

Analyse des études existantes (1/2) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Analyse des études existantes (1/2) La cavité est un phénomène largement étudié depuis les années 1950 U∞ COUPLAGE AERO-ACOUSTIQUE 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 2003. 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.

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)

Contrôle à l’aide d’un 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 Ue Paramètres contrôlant la cavité:

Contrôle à l’aide d’un 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:

Analyse numérique (1/2) Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Simulation dans les conditions de l’expérience → Logiciel elsA Schéma de la cavité étudiée Simulations LES déjà faites (Larchevêque - 2003) Caractéristiques : L/D = 0.42 , Mach=0.8 , Re = 8.6e5 Modèle choisi: k-ω Wilcox

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

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

Analyse théorique (2/3) Premiers résultats Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Premiers résultats Transition incompressible ↔ compressible Modes de couche de mélange (Rossiter - 1964): Modes acoustiques (East - 1966): Spectre Strouhal-Mach des modes propres instables de la cavité compressible. La dynamique quand M → 0 est complexe

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

Étude expérimentale Essai en soufflerie Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives 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 l’amont) Explorer la couche de mélange et l’amont 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

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

Conclusions et perspectives Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives État d’avancement: 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. → Simulation elsA

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 d’un écoulement de cavité ouverte en régime compressible’ (sous réserve d’acceptation du Conseil Scientifique du congrès)

Questions