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Caractérisation et contrôle de l’écoulement autour d’une configuration générique d’UCAV
Stéphane MORGAND2e annéeDAAP/MMHDBourse DGA
Directeur de thèse: Eric Garnier (ONERA)
Encadrants ONERA: Jean-François Le Roy
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Plan
• Introduction au problème• 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
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• Introduction au problème• 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
Plan
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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
Angle de flèche
Avion de ligne
Aile de type UCAV
Aile à forte flèche
20 ْ ≤ φ ≤ 35 ْ connu
45 ْ ≤ φ ≤ 55 ْ Connaissance à
approfondir
55 ْ ≤ φ ≤70 ْ connu
Démonstrateur UCAV Neuron Dassault-Aviation
Démonstrateur UCAV Phantom Ray Boeing
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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
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Plan
• Introduction au problème• 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
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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)
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Présentation de l’UCAV générique• UCAV générique de type SACCON (Stability And Control CONfiguration )
• Projet du groupe RTO AVT161
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Présentation du calcul RANS
Maillage Nombre de
points
(1/2 conf)corde
Bord d’attaque
1 4 Millions 77 77
2 8 Millions 93 117
3 12 Millions 180 200
• UCAV générique de type SACCON projet du groupe RTO AVT161
93 pts
117 pts
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Méthodes numériques
• Discrétisation temporelle : Backward euler
• Discrétisation spatiale : Jameson
• Modèle de turbulence : Spalart - Allmaras
Conditions aérodynamiques
• M =0,14, V = 50 m/s
• Re = 1,59 106
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Comparaison données numériques/expérimentales
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Description de l’écoulement
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= 10°
Écoulement attaché
Formation du tip vortex
Module de friction
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Description de l’écoulement
= 12°
Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives
Écoulement attaché
Formation du tip vortex
Ligne d’attachement du tip vortex
Module de friction
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Description de l’écoulement
= 15°
Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives
Écoulement attaché
Formation du tip vortex
Ligne d’attachement du tip vortex
Ligne d’attachement du vortex d’apex
Ligne de séparation du vortex d’épaisseur
Module de friction
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Description de l’écoulement
= 17°
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Disparition de l’écoulement attaché
Ligne d’attachement du vortex d’apex
Remonté du tip vortex
Module de friction
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Description de l’écoulement
= 10°
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= 12°
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Description de l’écoulement
= 15°
Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives
= 17°
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Données Expérimentales
Tip vortexVortex d’épaisseurApex 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°
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BA : Bord d’attaque
A : ligne d’attachement
S : ligne de séparation
α=17° x/c=70 %
Tip vortex
Vortex d’apex
BA
S AA S
Vortex d’épaisseur
Vortex d’apex
BA
SA
α=17° x/c=45 %
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Données Expérimentales
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Description de l’écoulement
Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives
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
• 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
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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
Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives
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Plan
• Introduction au problème• 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
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Conclusions et 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
Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives
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Merci de votre attention
Questions ?
Recommended