Stéphane MORGAND 2e année DAAP/MMHD Bourse DGA Caractérisation et contrôle de l’écoulement autour d’une configuration générique d’UCAV Stéphane MORGAND 2e année DAAP/MMHD Bourse DGA Directeur de thèse: Eric Garnier (ONERA) Encadrants ONERA: Jean-François Le Roy

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique : écoulement au dessus d’une aile delta Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone Activités en cours : étude expérimentale Conclusions et perspectives

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Etude bibliographique: écoulement au dessus d’une aile delta Présentation du drone générique Description l’écoulement à l’extrados du drone Activités en cours: étude expérimentale Conclusions et perspectives

Contexte Problématiques Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Contexte Problématiques Géométrie de voilure pour drone subsonique (type UCAV) La structure de l’écoulement d’une aile à flèche modérée diffère de celle d’une aile à forte flèche Phénomènes aérodynamiques dégradant les performances aérodynamiques : Instabilités latérales Pitch-up Éclatement tourbillonnaire Démonstrateur UCAV Neuron Dassault-Aviation Angle de flèche Avion de ligne Aile de type UCAV Aile à forte flèche 20ْ ≤ φ ≤ 35ْ connu 45ْ ≤ φ ≤ 55ْ Connaissance à approfondir 55 ْ ≤ φ ≤70 ْ Démonstrateur UCAV Phantom Ray Boeing

Objectifs scientifiques Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Objectifs scientifiques Caractérisation de l’écoulement Meilleure connaissance de la phénoménologie de l’écoulement : naissance et développement des structures tourbillonnaires à l’extrados d’un UCAV générique Études expérimentales et numériques Contrôle de l’écoulement aérodynamique Limiter les effets des non linéarités aérodynamiques Améliorer les performances aérodynamiques Objectifs scientifiques communs aux groupes RTO-AVT161/183 Amélioration de la manoeuvrabilité des drones Validation des codes de simulations numériques

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Etude bibliographique: écoulement au dessus d’une aile delta Présentation du drone générique Description de l’écoulement au dessus du drone Activités en cours: étude expérimentale Conclusions et perspectives

Ecoulement au dessus d’une aile delta Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Ecoulement au dessus d’une aile delta Aile delta classique Décollement de l’écoulement au bord d’attaque : Apparition d’une couche de mélange et formation du tourbillon d’apex Portance tourbillonnaire et additionnelle : Accélération de l’écoulement dans le cœur du tourbillon Apparition de l’éclatement tourbillonnaire avec l’augmentation de l’incidence = perte de la portance tourbillonnaire Remontée de l’éclatement vers l’apex à mesure que l’incidence augmente : décrochage de l’aile Tourbillons co-rotatifs (BA arrondi)/ contra rotatifs (BA aigu) D. Hummel

Présentation de l’UCAV générique Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Présentation de l’UCAV générique UCAV générique de type SACCON (Stability And Control CONfiguration ) Projet du groupe RTO AVT161

Présentation du calcul RANS Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Présentation du calcul RANS UCAV générique de type SACCON projet du groupe RTO AVT161 Maillage Nombre de points (1/2 conf) corde Bord d’attaque 1 4 Millions 77 2 8 Millions 93 117 3 12 Millions 180 200 Conditions aérodynamiques M =0,14, V = 50 m/s Re = 1,59 106 93 pts 117 pts Méthodes numériques Discrétisation temporelle : Backward euler Discrétisation spatiale : Jameson Modèle de turbulence : Spalart - Allmaras

Comparaison données numériques/expérimentales Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Comparaison données numériques/expérimentales

Description de l’écoulement Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Écoulement attaché Formation du tip vortex  = 10°

Description de l’écoulement Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Écoulement attaché Formation du tip vortex Ligne d’attachement du tip vortex  = 12°

Description de l’écoulement Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Ligne d’attachement du vortex d’apex Ligne de séparation du vortex d’épaisseur Écoulement attaché Formation du tip vortex Ligne d’attachement du tip vortex  = 15°

Description de l’écoulement Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Ligne d’attachement du vortex d’apex Remonté du tip vortex Disparition de l’écoulement attaché  = 17°

Description de l’écoulement Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement  = 10°  = 12°

Description de l’écoulement Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement  = 15°  = 17°

Données Expérimentales Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Données Expérimentales 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° Tip vortex Vortex d’épaisseur Apex vortex

Données Expérimentales Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Données Expérimentales Vortex d’épaisseur Vortex d’apex BA S A α=17° x/c=45 % Tip vortex Vortex d’apex α=17° x/c=70 % A S A S BA BA : Bord d’attaque A : ligne d’attachement S : ligne de séparation

Description de l’écoulement Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement En résumé 2 grandes régions d’écoulement Forte influence du tourbillon de bout d’aile sur le Cmy Région 1 : Vortex d’apex et d’épaisseur Apparition et intensification du tip vortex Région 2 : Remontée du tip vortex Éclatement du tip vortex Région d’écoulement attaché Disparition de la région d’écoulement attaché Apparition du tip vortex Remontée du tip vortex Renforcement du tip vortex Éclatement du tip vortex 1 2

Nouvelle étude expérimentale Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Nouvelle étude expérimentale Essais en soufflerie L1 Maquette ONERA d’un UCAV générique de type SACCON 96 prises de pression stationnaire et 4 prises de pression instationnaire Bords d’attaques aigus et arrondis U = 50-70 m/s Tomoscopie laser, SPIV, visualisation par bouillie visqueuse

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique: écoulement au dessus d’une aile delta Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone Activité en cours: étude expérimentale Conclusions et perspectives

Conclusions et perspectives Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives État d’avancement: Analyse des résultats expérimentaux Confrontation des données expérimentales avec l’étude RANS Connaissance partielle de l’écoulement A venir… Analyse des essais en cours en soufflerie L1 Préparation de dispositifs de contrôle afin de diminuer les effets des non linéarités aérodynamiques

Merci de votre attention Questions ?