Analyse par PIV de l'interaction d'une paire de jets synthétiques avec le sillage d'un corps profilé en vue de réduire la traînée

Abstract

Les écoulements autour des obstacles sont d’une importance fondamentale dans la compréhension de la formation des sillages et les instabilités de type Benard-Karman essentiellement. Depuis quelques dizaines d’années, le contrôle de ce phénomène est un objectif primordial pour l'industrie aéronautique. Diverses approches ont été utilisées pour contrôler ou réduire l’émission de ces tourbillons de Bénard-Karman : l’introduction d’un deuxième obstacle dans le sillage, la modification de la pression en amont du cylindre par un système d’aspiration, la vibration libre longitudinale ou transversale du cylindre, etc. Dans ce travail, on décrit un procédé de contrôle qui consiste à utiliser des actionneurs de type jet synthétique pour contrôler ce phénomène de lâcher tourbillonnaire qui affecte fortement la traînée de pression et les oscillations périodiques des forces aérodynamiques. Des mesures de vitesse par vélocimétrie par images de particules (PIV) ont été réalisées dans une soufflerie à faible turbulence pour caractériser les interactions entre le sillage d'un corps profilé allongé et l’écoulement périodique émanant de la paire de jets synthétiques placées symétriquement à la base du modèle à une distance de ±0,25 h au niveau du bord de fuite. Le nombre de Reynolds, Re, basé épaisseur h de la plaque plane est d'environ 7200. Chacun des jets synthétiques assure une injection de quantité de mouvement Cμ = 24%. Les actionneurs sont excités à une fréquence d’environ 75% la fréquence naturelle de l’allée tourbillonnaire mesurée dans le sillage naturel. Le déphasage entre les signaux d’excitation des actionneurs a été également varié. Les dynamiques des sillages naturel et contrôlé sont analysées à travers les champs moyens de la vitesse, les contraintes de Reynolds et l’identification des structures cohérentes. On a constaté que le mécanisme du contrôle dépend de la phase entre les excitations des actionneurs. Dans le cas d’excitations en phase, une parfaite synchronisation des couches de cisaillement supérieure et inférieure est observée ce qui conduit à une réduction des deux composantes de la trainée (moyenne et turbulente). Les excitations en opposition de phase sont jugées plus efficaces avec une importante réduction de la composante moyenne de la traînée