Control of aircraft external aerodynamics by microfluidic devices: study of the effect of mini and micro synthetic jets on parietal flows
Contrôle de l'aérodynamique externe des véhicules aériens par des dispositifs microfluidiques : étude de l’effet de mini et micro-jets synthétiques sur des écoulements pariétaux
Résumé
In external aerodynamics of land and air vehicles, flow control is a major axis of
performance improvement (lift increasing and drag reduction by eliminating flow separation on an
aircraft wing, for example). In the control loop, the actuator is an essential element and the
characterization of its operations and its effect on the flow control is required to establish effective
control laws. Among the technologies employed, the fluidic actuators, whose synthetic jet is a part,
have the advantage of having no moving parts in direct contact with the outside flow and allow simple
control of the temporal form of excitement imposed. To characterize the synthetic jet in a quiescent
environment, numerical and experimental studies are conducted. The experimental study uses two
techniques of measurement: the hot-wire anemometry and the PIV. A comparison of the behavior of
synthetic jet with other types of jet (continuous jet and pulsed jet) is done.
The influence of a synthetic jet on the boundary layer of a wall jet whose flow direction is normal to
the axis of synthetic jet is then studied. This wall jet is first plan and then presents a flow separation
resulting from a forced rupture a few millimeters downstream of the synthetic jet actuator.
The interaction of two adjacent synthetic jets, and the effects of miniaturization are finely the subject of
a numerical study because their effects can be very important in the case of the establishment of an
array of micro-actuators on a surface ( airplane wing, for example) on which we want to control the
separation.
Le contrôle de l’écoulement est un axe majeur d’amélioration des performances des
véhicules terrestres ou aériens (augmentation de la portance par suppression des décollements sur une
aile d’avion par exemple). Dans la boucle de contrôle, l’actionneur est un élément essentiel et la
caractérisation de son fonctionnement et de son effet sur l’écoulement contrôlé est indispensable pour
déterminer les lois de contrôle efficaces. Parmi les technologies employées, les actionneurs fluidiques,
dont le jet synthétique fait partie, ont l'avantage de ne pas avoir de parties mobiles en contact direct
avec l'écoulement extérieur et permettent un contrôle simple de la forme temporelle de l'excitation
imposée. Pour caractériser le jet synthétique dans un environnement au repos, des études numérique et
expérimentale sont menées. L’étude expérimentale fait appel à deux techniques de mesure :
l’anémométrie fil-chaud et la PIV. Une comparaison du comportement du jet synthétique avec celui
d’autres types de jet (jet continu et jet pulsé) est effectuée.
L’influence d’un jet synthétique sur la couche limite d’un jet de paroi dont le sens d’écoulement est
normal à l’axe du jet synthétique est ensuite étudiée. Ce jet de paroi est tout d’abord plan puis présente
un décollement résultant d’une rupture brusque de pente quelques millimètres en aval de l’actionneur
jet synthétique.
L’interaction de deux jets synthétiques très rapprochés et les effets de miniaturisation font finalement
l’objet d’une étude numérique car leurs effets peuvent être très importants dans le cas de l’implantation
d’un réseau de micro-actionneurs sur une surface sur laquelle nous souhaitons contrôler le décollement.
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00 - Rapport final thèse, Batikh, 10 janvier 2008.pdf (7.22 Mo)
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