Stéphane MORGAND 3e année DAAP/MMHD Bourse DGA/ONERA Caractérisation et contrôle de l’écoulement autour d’une configuration générique d’UCAV Stéphane MORGAND 3e année DAAP/MMHD Bourse DGA/ONERA 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 Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up 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 20°≤ φ ≤ 35° connu 40° ≤ φ ≤ 55° Connaissance à approfondir 55°≤ φ ≤70° Démonstrateur UCAV Phantom Ray Boeing

Objectifs scientifiques Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | 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 Mise en place de nouvelles études numériques et expérimentales Contrôle de l’écoulement 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

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives

Présentation de l’UCAV générique Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | 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 | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | 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 = 1,59.10e6 93 pts 117 pts Méthodes numériques Discrétisation temporelle : Backward euler Discrétisation spatiale : Jameson Modèle de turbulence : Spalart - Allmaras

Description de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement

Description de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement 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 | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement 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  = 16°

Description de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Ligne de séparation du vortex d ’épaisseur Écoulement attaché Remontée du tip vortex Ligne d’attachement du tip vortex  = 17°

Description de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Remontée du tip vortex Ecoulement de retour  = 18°

Description de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Vitesse = 0 Remontée du tip vortex Ecoulement de retour  = 19°

Description de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Vitesse = 0 Ecoulement de retour  = 20°

Comparaison données numériques/expérimentales Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Comparaison données numériques/expérimentales

Comparaison données numériques/expérimentales Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Comparaison données numériques/expérimentales CFD PIV CFD PIV

Données Expérimentales (campagne PIV DNW) Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Données Expérimentales (campagne PIV DNW) 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

Description de l’écoulement vortex (Critère Gamma1) Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement vortex (Critère Gamma1) Utilisation du critère Gamma 1 sur un cliché moyen x/c=70%

Description de l’écoulement vortex Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement vortex Vortex d’apex Epaisseur de vorticité Paramétre de swirl (data) Tip Vortex Vortex d’épaisseur x/c=45%

Description de l’écoulement substructures (Gamma2) Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement substructures (Gamma2) Cliché instantané Utilisation du critère Gamma 2 sur un cliché instantané x/c=45%

Description de l’écoulement substructures (Gamma2) Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement substructures (Gamma2) x/c=70%

Description de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | 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 et du vortex d’apex 1 2

Etude expérimentale Essais en soufflerie L1 Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Etude 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 = 35-50-70 m/s Étude de transition par infra rouge, Tomoscopie laser, SPIV, visualisation par bouillie visqueuse

Controle de l’écoulement: mise en place de strake Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Controle de l’écoulement: mise en place de strake

Controle de l’écoulement Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Controle de l’écoulement

Plan Introduction au problème Démarche et déroulement de la thèse Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives

Conclusions et perspectives Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives Conclusions : Compréhension de l’écoulement à l’extrados 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 l’étude par de nouvelles simulations numériques avec des dispositifs de contrôle Acquisition de données instationnaires dans une nouvelle étude expérimentale

Publications/Communications Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives 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 l’écoulement autour d’une 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

Formations Formations : Annexe : Flow Control, 2009 ICEM, 2010 Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives 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 …)

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