CONTEXTE PHYSIQUE



Physique du Décollement

Dans le cas d’un écoulement autour d’un profil, les particules sont soumises à un  mouvement du aux forces d’inertie et sont ralenties par les forces de viscosité (frottement pariétal). Le gradient de pression dicté par la zone fluide parfait de l’écoulement peut exercer une action favorable ou défavorable. Dans le cas d’un  gradient de pression de sens contraire à celui de l’advection, l’advection peut être compensée par les forces de viscosité et de pression. Lorsque cela se produit, la couche limite s’écarte de la paroi du profil, il y a décollement de la couche limite. Cet équilibre entre les différentes actions se traduit par l’équation de la quantité de mouvement dans chaque direction:




Notre projet consiste à rechercher une solution à ce problème. L'objectif est d'éviter ou de retarder la séparation de la couche limite à partir d'un certain angle d'incidence.
Cette étude est concentrée sur une solution spécifique, bien qu'elle ne soit pas la seule. Nous avons essayé de placer des actuateurs sur les ailes; c'est-à-dire des injecteurs d'air sur l'extrados, qui forcent la couche limite à suivre le profil sans se séparer. Les visualisations suivantes donnent un aperçu de l’action de ces dispositifs.



Les simulations et expériences réalisées par plusieurs équipes de chercheurs tendent à prouver que leurs positions ainsi que d’autres paramètres ont une influence significative sur leur efficacité. Nous nous intéresserons particulièrement à l’efficacité des jets synthétiques.




Jets Synthétiques

Le concept de jet synthétique est assez récent et est issu de l’évolution des systèmes de soufflage et d’aspiration stationnaires. Beaucoup d’études sur ces dispositifs ont été menées mais les recherches s’orientent désormais vers les systèmes instationnaires tels que les jets synthétiques. Le fonctionnement de ces appareils est périodique et comporte une phase d’aspiration suivie d’une phase de soufflage. Le débit de masse moyen d’un jet synthétique est donc nul, ce qui est un avantage certain car cela permet de s’affranchir des problèmes dus au stockage de l’air soufflé ou aspiré.  On peut schématiser cet actionneur comme une membrane vibrant à une fréquence fixée par l’opérateur, à la manière de celle d’un haut-parleur.



Ce type de dispositif à deux objectifs, apporter de l’énergie à la couche limite en accélérant les zones les plus lentes, et créer des structures tourbillonnaires qui vont homogénéiser la vitesse en proche paroi.


Les paramètres de ces actionneurs sont la position, la forme, l’inclinaison du jet mais aussi la vitesse du jet ainsi que sa fréquence d’oscillation.  Dans cette étude nous nous sommes concentrés sur la vitesse et la fréquence. On introduit les grandeurs adimensionnelles correspondantes, le coefficient de quantité de mouvement, la fréquence adimensionnée et la vitesse relative. Ces grandeurs permettent de comparer nos simulations avec les expériences et simulations disponibles dans la bibliographie.



Coefficient de quantité de mouvement
                      
Il représente la quantité de mouvement du jet adimensionnée par la pression dynamique de l’écoulement. Ce coefficient est utilisé pour décrire l’énergie apportée à l’écoulement.


Fréquence adimensionnée                                                
Ce paramètre n’est autre que la fréquence de fonctionnement de l’actionneur adimensionnée par une fréquence caractéristique du système non actionné. Cette dernière fréquence correspond à une fréquence de propagation de l’écoulement.


Vitesse relative                                                              
Cette grandeur a pour seul intérêt de permettre une comparaison rapide entre la vitesse du jet et la vitesse de l’écoulement à l’infini.



Aérodynamique

Dans le but de quantifier le gain en portance et l’éventuelle diminution de la traînée nous utiliserons les coefficients de portance et de traînée. Ces coefficients sont calculés en intégrant  les coefficients de frottement et de pression sur la surface du profil.

Coefficient de pression:
                                                 

Coefficient de traînée:
                                                  

Coefficient de portance:
                                                



                                                                         SOMMAIRE                                                                        
IntroductionPhysiqueConditions de SimulationFLUENT - Mise en Place des SimulationsSTARCCM+ sans jet - STARCCM+ avec jet -  Conclusion