Caractérisation et contrôle de lécoulement autour dune configuration générique dUCAV Stéphane MORGAND 2e année DAAP/MMHD Bourse DGA Directeur de thèse:

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

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

2

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

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

3


• 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


Plan

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

4

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

Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

5

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


DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

6

Plan


• 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


DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

7

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

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

8

Présentation de l’UCAV générique• UCAV générique de type SACCON (Stability And Control CONfiguration )

• Projet du groupe RTO AVT161


DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

9

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


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

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

10

Comparaison données numériques/expérimentales

Intro | Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

11

Description de l’écoulement


= 10°

Écoulement attaché

Formation du tip vortex

Module de friction

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

12


= 12°




Ligne d’attachement du tip vortex

Module de friction

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

13


= 15°




Ligne d’attachement du tip vortex

Ligne d’attachement du vortex d’apex

Ligne de séparation du vortex d’épaisseur

Module de friction

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

14


= 17°


Disparition de l’écoulement attaché

Ligne d’attachement du vortex d’apex

Remonté du tip vortex

Module de friction

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

15


= 10°


= 12°

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

16


= 15°


= 17°

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

17

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°


DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

18

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 %


Données Expérimentales

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

19



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

1 2

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

20

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


DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

21

Plan


• 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


DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

22

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

DA

AP

/MM

HD

- J

DD

201

1

23

Merci de votre attention

Questions ?

Documents

Caractérisation et contrôle de lécoulement autour dune configuration générique dUCAV Stéphane MORGAND 2e année DAAP/MMHD Bourse DGA Directeur de thèse: