Experimental hypersonic transition investigation over BOLT forebody
Etude expérimentale de la transition en hypersonique sur l'avant-corps BOLT
Résumé
Building on the recent successful transition flight experiments, such as HIFiRE-1 or HIFiRE-5b, the Boundary-Layer Transition (BOLT ) experiment has been designed by the Air Force Office of Scientific Research (USAF/AFOSR ) in 2017 [1]. It aims at leveraging our abilities in understanding the physics behind boundary-layer transition in hypersonic flight by gathering an international community of researchers to prepare for the future BOLT -1b flight. With highly swept leading edges and low-curvature concave surfaces, it is a complex geometry specifically designed to assess prediction tools without knowing, a priori, the dominant transition mechanisms. An experimental investigation has been carried out in the R2Ch hypersonic blow-down facility of ONERA Meudon over a 1:3 subscale BOLT model. By setting different reservoir conditions (pressure, temperature) for each run, a large Reynolds number range (from 5.0 × 10 5 to 1.44 × 10 7 ) is reached at Mach numbers of 6 and 7, going from a fully laminar to a highly turbulent flow over the main surfaces of the model. With the simultaneous use of infrared thermography and high-frequency wall pressure measurements (PCB ® and Kulite ® ), the campaign aims at assessing the development of transition and the occurrence of related instabilities.
Comprendre les mécanismes physiques conduisant à la transition laminaire-turbulente est essentiel pour la conception des véhicules hypersoniques. En comparaison d’un état laminaire, une couche limite turbulente induit des flux de chaleur à la paroi trois ou quatre fois plus élevés. Une mauvaise estimation de son état peut ainsi influer de manière irrémédiable sur la survivabilité du véhicule et ses performances aérodynamiques. Conçu suite à la demande de l’US Air Force ( AFOSR ) , le corps BOLT constitue un nouvelle géométrie de référence pour l’étude de la transition en hypersonique depuis 2017. Cas-test du groupe OTAN AVT- 346, son objectif à terme est de confrontrer les derniers outils de prévision de la transition (expérimentaux et numériques) au vol hypersonique BOLT -1b, prévu courant 2024. L'étude expérimentale se focalise sur un balayage en nombre de Reynolds dans la soufflerie à rafale R2Ch. Les essais sont réalisés à Mach 6 et 7 pour quantifier l’état de la couche limite lors de différentes phases de vol. Des capteurs de pression instationnaires (Kulite ® et PCB ® ) et de l’imagerie infrarouge permettent la mise en évidence de l’évolution du front de transition et de l’apparition de modes amplifiés à des fréquences caractéristiques d’instabilité. Des points de recoupement avec des essais réalisés dans la soufflerie H2K du DLR permettent une validation conjointe des résultats.