Active Flow Control for Low and High Speed Flows

Autor: Dandois, Julien
Přispěvatelé: André, Cécile, ONERA - The French Aerospace Lab [Meudon], ONERA-Université Paris Saclay (COmUE), UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE, Marianna BRAZA
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Fluids mechanics [physics.class-ph]. UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE, 2017
Popis: This manuscript presents a summary of my research activities in the field of active flow control for low and high speed flow applications. This covers the fields of actuator and sensor development, validation and improvement of numerical simulations, reduced-order modelling and closed-loop flow control.Concerning actuators, developments have focused in improving the peak blowing velocity of synthetic jet and in studying if sweeping jets enables a reduction of the mass flow rate required to control a separation. In the field of model reduction, auto-regressive and state-space models have been tested on numerical and experimental applications. To reconstruct a velocity field from wall pressure measurements, linear stochastic estimation and its variants as well as Kalman filter have been compared. Closed-loop control of flow separation has been applied numerically as well as experimentally on a flap. Modifications of the extremumseeking algorithm have been proposed to decrease the convergence time. In terms of flow control applications, stall delay through continuous/pulsed blowing and synthetic jet at the leading edge has been studied numerically and experimentally in the L1 wind tunnel. The difficulties due to high local velocities have been underlined.Concerning jet noise reduction, simulations with chevrons have been compared with wind tunnel tests. Regarding the transonic buffet phenomenon, the analysis of experimental databases and in particular of the unsteady pressure sensors has allowed explaining the 3D buffet phenomenon as the convection of stall cells towards the wing tip. For the 2D laminar buffet, a large -eddy simulation has shown that the high frequency of the shock oscillation compared to the turbulent regime was due to a separated bubble breathing phenomenon at the shock foot. Then, numerical simulations and wind tunnel tests have been performed on a half wing-body configuration with passive and fluidic vortex generators as well as fluidic trailing edge device to delay buffet onset at higher lift coefficients.
Ce manuscrit présente un résumé de mes activités de recherche dans le domaine du contrôle actif des écoulements basse vitesse et transsonique. Ces activités incluent le développement d’actionneurs et de capteurs, la validation et l’amélioration des simulations numériques, la réduction de modèles et le contrôle en boucle fermée.Concernant les actionneurs, les développements se sont focalisés sur l’augmentation de la vitesse pic de soufflage des jets synthétiques et à étudier si les sweeping jets permettraient une réduction des débits nécessaires au contrôle d’un décollement. Concernant la réduction de modèles, des modèles auto-régressifs et d’état ont été testés en simulation ainsi que sur des données expérimentales. Pour la reconstruction de champs de vitesse à partir de capteurs de pression pariétale, l’estimation stochastique et ses variantes ainsi que le filtre de Kalman ont été comparées en termes de précision. Le contrôle en boucle fermée du décollement a été étudié en simulation numérique et en essai en soufflerie. Des modifications de l’algorithme d’extremum seeking classique ont été proposées pour décroître le temps de convergence de la boucle. En termes d’application, le contrôle du décrochage par des fentes à débit continu ou pulsé et des jets synthétiques a été étudié en simulation et en soufflerie à travers différents essais. Les difficultés du contrôle du décrochage dues aux fortes vitesses locales au bord d’attaque ont été soulignées. Concernant la thématique de la réduction du bruit de jet, des simulations avec et sans chevrons ont été réalisées et comparées à des essais en soufflerie.Concernant le phénomène de tremblement transsonique, l’analyse de bases de données expérimentales et en particulier des capteurs de pression instationnaire a permis de montrer que ce phénomène consistait en la convection de cellules de décrochage vers l’extrémité de voilure. En régime laminaire, la fréquence du tremblement est beaucoup plus grande qu’en turbulent. Une simulation des grandes échelles a montré que l’oscillation du choc était due à un phénomène de respiration du bulbe de décollement laminaire au pied de choc. En ce qui concerne le contrôle du tremblement, des simulations numériques ainsi que des essais en soufflerie ont montré la capacité de générateurs de tourbillons passifs ou fluidiques ainsi que d’un dispositif de bord de fuite fluidique à retarder l’apparition du tremblement.
Databáze: OpenAIRE
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