caractérisation et contrôle de lécoulement autour dune configuration générique ducav stéphane...

Caractérisation et contrôle de l’écoulement autour d’une configuration générique d’UCAV

Stéphane MORGAND3e annéeDAAP/MMHDBourse DGA/ONERA

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• 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

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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

40° ≤ 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

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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

→ 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

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

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Plan




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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

Méthodes numériques

• Discrétisation temporelle : Backward euler

• Discrétisation spatiale : Jameson

• Modèle de turbulence : Spalart - Allmaras

Conditions aérodynamiques

• M =0,14, V = 50 m/s

• Re = 1,59.10e6


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Description de l’écoulement


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= 15°

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


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= 16°




Formation du tip vortex



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= 17°




Remontée du tip vortex



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= 18°



Ecoulement de retour


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= 19°




Vitesse = 0


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= 20°



Vitesse = 0


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Comparaison données numériques/expérimentales


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Comparaison données numériques/expérimentales

CFD PIVCFD PIV


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Données Expérimentales (campagne PIV DNW)

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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Description de l’écoulement vortex (Critère Gamma1)

x/c=70%

Utilisation du critère Gamma 1 sur un cliché moyen


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Description de l’écoulement vortex

Epaisseur de vorticité

Paramétre de swirl (data)

Vortex d’épaisseur

Vortex d’apex

Tip Vortex

x/c=45%


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Description de l’écoulement substructures (Gamma2)

x/c=45%

Cliché instantané Utilisation du critère Gamma 2 sur un cliché instantané


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Description de l’écoulement substructures (Gamma2)

x/c=70%


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Région d’écoulement attaché

Disparition de la région d’écoulement attaché

Apparition du tip vortex


Renforcement du tip vortex

Éclatement du tip vortex

et du vortex d’apex

• 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


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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


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Controle de l’écoulement: mise en place de strake


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Controle de l’écoulement


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Plan




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Conclusions et 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

Intro | Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives

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Publications/Communications• 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


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Formations• 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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Merci de votre attention

Questions ?

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