Etude expérimentale d'un décollement supersonique ouvert

Abstract

Une interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente supersonique a été expérimentalement étudiée. Quand le gradient de pression adverse que subit la couche limite est assez intense, il entraine le décollement de celle-ci. Ce phénomène est le siège d’instationnarités à basses fréquences. On s’intéresse au décollement dit "ouvert" où la couche limite se détache de la paroi sans recollement aval. Cette configuration peut être rapprochée de celle observée en tuyères dites surdétendues dans lesquelles l’origine des instationnarités à basses fréquences est mal identifiée. Cette étude a pour but de déterminer les mécanismes physiques responsables des instationnarités observées dans ces interactions. Pour cela, une configuration expérimentale originale a été mise en place. La vélocimétrie par imagerie de particules, les mesures de pression statique et totale, ainsi que l’anémométrie à fil chaud ont été utilisées afin de décrire spatio-temporellement le décollement ouvert dans une configuration bidimensionnelle. Différents modèles utilisés dans l’étude des décollements fermés ont été discutés afin de tester leur validité dans le cas ouvert, notamment l’effet des différentes régions de l’écoulement sur les instationnarités du choc en fonction de l’intensité de l’interaction. L’interprétation proposée est que les basses fréquences du mouvement du choc sont dues aux fluctuations de pression extérieures imposées en aval de l’interaction et qu’il n’existe pas d’évidence de création de basses fréquences propres à l’interaction. De plus, le système semble jouer le rôle d’un filtre passe bas et d'un "amplificateur de bruit" vis à vis de l’excitation avalAn interaction between a shock wave and a turbulent supersonic boundary layer isexperimentally investigated. When the adverse pressure gradient that the boundary layer incurs is strong enough, it leads to the flow separation. This project deals with an interaction, which compares with free shock separation regime (FSS), and occurs when the boundary layer does not reattach to the wall. This configuration is similar to that observed in over expanded nozzles. We note inside this interaction a development of unsteadiness of which the origin is not well identified. The aim of this study is to give an understanding of the physical mechanisms inducing these unsteady features. Here we present the results on an original experimental set-up of a 2D FSS. Pitot probe, static pressure probe, hot wire anemometry and particle image velocimetry are used to describe the spatial and temporal organization of the flow. We discuss different models which were documented in the literature and used to study the restricted shock separation regime in order to check their validity in FSS case, in particular the contribution of different regions of the flow (upstream boundary layer, flow downstream the interaction) in the interaction unsteadiness. No evidence of intrinsic low time scales of the shock has been observed and the dominant frequencies of the shock spectrum are found similar to that of the subsonic external flow downstream the interaction. Further more, shock reaction in frequency and amplitude to downstream perturbations has been enlightened : we suggest that the system plays the role of a low pass filter towards the downstream fluctuations and it behaves as a "noise amplifier