Projet ANR-11-BS09-0018 – SePaCoDe : Étude de la Physique du Décollement et Réalisation de son Contrôle
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés, énergie (Blanc SIMI 9)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Azeddine KOURTA (UNIVERSITE D'ORLEANS)
Partenaires : Laboratoire de Mécanique de Lille; Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique; Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes, Mécanique et Energétique
Montant : 380000.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Contrôle des décollements pour l’amélioration des performances aérodynamiquesLe projet s'intéresse à l'utilisation de 3 plateformes expérimentales pour réaliser le contrôle du décollement sur  une rampe. On regardera les effets du nombre de Reynolds. Le contrôle ira jusqu'à un contrôle en boucle fermée.
Amélioration des performances aérodynamiques à l'aide du contrôle d'écoulementsLes performances aérodynamiques des véhicules terrestres et aériens, ainsi que le fonctionnement des machines tournantes et des chambres de combustion sont très fortement affectées par le phénomène de décollement. La séparation des lignes de courant de la paroi engendre une perte de portance, une augmentation de la traînée et des pertes,des vibrations, du bruit et une perte éventuelle de contrôle. Telles situations peuvent être améliorées de façon significative par le contrôle d’écoulement à l’aide d’actionneurs et de capteurs judicieusement placés. L’objectif du projet SePaCoDe était d’apporter une contribution significative à la compréhension et à l’amélioration du contrôle de décollement. Pour cela, 3 équipes spécialistes du sujet ont mis en commun leurs moyens, leur savoir et leur savoir-faire pour aborder ce problème difficile sous ses différents aspects : analyse physique, étude paramétrique, choix d’actionneurs et de capteurs, théorie du contrôle en boucle ouverte et fermée…. Les résultats obtenus montrent la faisabilité des stratégies de contrôle choisies et aboutissent à des réductions importantes de la zone décollées. Ils apportent une compréhension plus profonde de la physique du contrôle de décollement et montrent l’intérêt du contrôle en boucle fermée et de l’approche « Machine Learning ».
Méthodes expérimentalesSePaCoDe a permis une étude détaillée du décollement se développant sur une rampe à arête vive ou arrondie. Dans un premier temps les deux types de décollement ont été caractérisés expérimentalement à l’aide de différents outils métrologiques (pressions instationnaire, fil et films chauds, visualisations, PIV…). Les mesures de pression pariétale et celles des champs de vitesses ont été utilisées pour décrire les caractéristiques moyennes, turbulentes ainsi que les mécanismes instationnaires. Des vortex générateurs fluidiques utilisant des jets pulsés ont été mis en oeuvre pour effectuer un contrôle en boucle ouverte. L’effet sur les caractéristiques de la zone décollée des différents paramètres de ces actionneurs (fréquence de pulsation, duty cycle, velocity ratio…) a été étudié. Les aspects instationnaires des phases de décollement et de recollement ont été caractérisés. Ce travail a montré la capacité de tel actionneur à réduire significativement la zone décollée. Le contrôle en boucle fermée a été ensuite développé. Le consortium a abouti à un contrôle robuste du décollement avec des résultats très positifs.
Résumé de la soumission : Les performances des véhicules terrestres et aériens, des éoliennes, des machines tournantes, des turbomachines et beaucoup d’autres configurations applicatives sont fortement affectées par les décollements des écoulements et par conséquent peuvent être améliorées par un contrôle des décollements efficace. L’amélioration de ces performances par des actionneurs passifs ou actifs est demandée par l’industrie. Cette proposition vise à la mise en place d’une stratégie de contrôle robuste pouvant fonctionner dans une large plage de conditions d’utilisation. Nous nous focalisons sur des configurations 2D à différents nombres de Reynolds. Le contrôle concerne une large plage, du décollement  laminaire au turbulent, englobant de faibles nombres du Reynolds dans le cas d’une rampe arrondie (Tunnel hydrodynamique de PPRIME), à une configuration similaire (arrondie et avec cassure) à un nombre de Reynolds intermédiaire (Soufflerie de PRISME) et une rampe à grands nombres de Reynolds (LML). La compréhension physique est complétée par la réduction de modèles (ROM) des données expérimentales (PPRIME), par la simulation numérique statistique URANS (PRISME) et la Simulation de Grande Echelles (LML).La manipulation de l’écoulement est réalisée avec des générateurs de vortex passifs et un contrôle actif allant de l’excitation périodique à la réalisation de la boucle fermée utilisant des modèles réduits. Nous importons et adaptons les stratégies prometteuses ayant fonctionné dans d’autres montages expérimentaux. Les avancées acquises au travers de ce projet enrichiront la compréhension physique de la communauté scientifique sur les mécanismes prépondérants dans les écoulements décollés. Ces progrès permettront de définir et de concevoir une approche robuste du contrôle d’écoulements sur une grande plage de fonctionnement.La transmission du savoir sera assurée en intégrant de jeunes scientifiques dans le cadre du master international sur la turbulence (Lille, Poitiers) par exemple. En parallèle, la communauté scientifique française sera directement impactée au travers de notre implication dans le GdR 2502 «Contrôle Des Décollements». Ainsi, la combinaison de l’expertise acquise au cours de ce projet et la définition d’expériences modèles permettront des avancées futures portant sur de nouvelles stratégies de contrôle et de modélisation.
Résultats : Une réduction significative de la taille de la zone décollée a été obtenue dans différents cas. Ceci est synonyme d’amélioration importante des performances et d’optimisation énergétique dans des domaines applicatifs tels que les transports terrestres et aériens.
Perspectives : Ce projet a bénéficié de collaborations effectives entre les différents partenaires se traduisant par l’obtention de résultats scientifiques et techniques importants. Le LML et PRISME ont réalisé une expérience conjointe dans la soufflerie de PRISME afin d’étudier les interactions instationnaires entre l’actionnement et l’écoulement. Dans ce but, le système de PIV haute cadence du LML a été mis en oeuvre conjointement à des mesures de pression instationnaire. Par ailleurs, PPRIME et LML d’une part et PPRIME et PRISME d’autre part ont réalisé des expériences conjointes pour démontrer la faisabilité et l’intérêt de l’approche « Machine Learning » développée par PPRIME pour le contrôle en boucle fermée. Il en résulte que ce contrôle en boucle fermée a été appliqué avec succès à toutes les configurations abordées dans ce projet.
Publications et brevets : En termes de valorisation des publications communes et séparées ont été réalisées.