Caractérisation et contrôle de l’écoulement autour d’une configuration générique d’UCAV

1. Stéphane MORGAND 2e année DAAP/MMHD Bourse DGA Caractérisation et contrôle de l’écoulement autour d’une configuration générique d’UCAV Directeur de thèse: Eric Garnier (ONERA) Encadrants ONERA: Jean-François Le Roy

2. Plan Introduction au problème Contexte Objectifs scientifiques Démarche et déroulement de la thèse Étude bibliographique : écoulement au dessus d’une aile delta Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone Activités en cours : étude expérimentale Conclusions et perspectives

3. Plan • Introduction au problème • Contexte • Objectifs scientifiques • Démarche et déroulement de la thèse • Etude bibliographique: écoulement au dessus d’une aile delta • Présentation du drone générique • Description l’écoulement à l’extrados du drone • Activités en cours: étude expérimentale • Conclusions et perspectives

4. Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Contexte • Problématiques • Géométrie de voilure pour drone subsonique (type UCAV) • La structure de l’écoulement d’une aile à flèche modérée diffère de celle d’une aile à forte flèche • Phénomènes aérodynamiques dégradant les performances aérodynamiques : • Instabilités latérales • Pitch-up • Éclatement tourbillonnaire Démonstrateur UCAV Neuron Dassault-Aviation Angle de flèche Démonstrateur UCAV Phantom Ray Boeing

5. Intro |Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Objectifs scientifiques • Caractérisation de l’écoulement • Meilleure connaissance de la phénoménologie de l’écoulement : naissance et développement des structures tourbillonnaires à l’extrados d’un UCAV générique • Études expérimentales et numériques • Contrôle de l’écoulement aérodynamique • Limiter les effets des non linéarités aérodynamiques • Améliorer les performances aérodynamiques • Objectifs scientifiques communs aux groupes RTO-AVT161/183 • Amélioration de la manoeuvrabilité des drones • Validation des codes de simulations numériques

6. Plan • Introduction au problème • Contexte • Objectifs scientifiques • Démarche et déroulement de la thèse • Etude bibliographique: écoulement au dessus d’une aile delta • Présentation du drone générique • Description de l’écoulement au dessus du drone • Activités en cours: étude expérimentale • Conclusions et perspectives

7. Intro | Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Ecoulement au dessus d’une aile delta • Aile delta classique • Décollement de l’écoulement au bord d’attaque : Apparition d’une couche de mélange et formation du tourbillon d’apex • Portance tourbillonnaire et additionnelle : Accélération de l’écoulement dans le cœur du tourbillon • Apparition de l’éclatement tourbillonnaire avec l’augmentation de l’incidence = perte de la portance tourbillonnaire • Remontée de l’éclatement vers l’apex à mesure que l’incidence augmente : décrochage de l’aile • Tourbillons co-rotatifs (BA arrondi)/ contra rotatifs (BA aigu) D. Hummel

8. Intro |Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Présentation de l’UCAV générique • UCAV générique de type SACCON (Stability And Control CONfiguration ) • Projet du groupe RTO AVT161

9. 117 pts 93 pts Intro |Biblio | Présentation du drone | En cours | Perspectives Présentation du calcul RANS • UCAV générique de type SACCON projet du groupe RTO AVT161 • Conditions aérodynamiques • M =0,14,V = 50 m/s • Re = 1,59 106 • Méthodes numériques • Discrétisation temporelle : Backward euler • Discrétisation spatiale : Jameson • Modèle de turbulence : Spalart - Allmaras

10. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Comparaison données numériques/expérimentales

11. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Écoulement attaché Formation du tip vortex  = 10°

12. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Écoulement attaché Formation du tip vortex Ligne d’attachement du tip vortex  = 12°

13. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Ligne d’attachement du vortex d’apex Ligne de séparation du vortex d’épaisseur Écoulement attaché Formation du tip vortex Ligne d’attachement du tip vortex  = 15°

14. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement Module de friction Ligne d’attachement du vortex d’apex Remonté du tip vortex Disparition de l’écoulement attaché  = 17°

15. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement  = 12°  = 10°

16. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement  = 17°  = 15°

17. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Données Expérimentales • Données expérimentales • SPIV effectuée au DNW • x/c = 20 – 45 % ONERA • Résolution spatiale 1.2 mm • x/c = 45 – 80 % DLR • Résolution spatiale 2 mm  = 17° Tip vortex Vortex d’épaisseur Apex vortex

18. Vortex d’apex Vortex d’épaisseur Vortex d’apex S A BA Tip vortex Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Données Expérimentales α=17° x/c=45 % α=17° x/c=70 % A S S BA A BA : Bord d’attaque A : ligne d’attachement S : ligne de séparation

19. Remontée du tip vortex Éclatement du tip vortex Renforcement du tip vortex Apparition du tip vortex Région d’écoulement attaché Disparition de la région d’écoulement attaché Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Description de l’écoulement • En résumé • 2 grandes régions d’écoulement • Forte influence du tourbillon de bout d’aile sur le Cmy • Région 1 : • Vortex d’apex et d’épaisseur • Apparition et intensification du tip vortex • Région 2 : • Remontée du tip vortex • Éclatement du tip vortex 1 2

20. Intro |Biblio | Description de l’écoulement | En cours | Perspectives Nouvelle étude expérimentale • Essais en soufflerie L1 • Maquette ONERA d’un UCAV générique de type SACCON • 96 prises de pression stationnaire et 4 prises de pression instationnaire • Bords d’attaques aigus et arrondis • U = 50-70 m/s • Tomoscopie laser, SPIV, visualisation par bouillie visqueuse

21. Plan • Introduction au problème • Contexte • Objectifs scientifiques • Démarche et déroulement de la thèse • Étude bibliographique: écoulement au dessus d’une aile delta • Présentation du drone générique • Description de l’écoulement à l’extrados du drone • Activité en cours: étude expérimentale • Conclusions et perspectives

22. Conclusions et perspectives Intro|Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives • État d’avancement: • Analyse des résultats expérimentaux • Confrontation des données expérimentales avec l’étude RANS • Connaissance partielle de l’écoulement • A venir… • Analyse des essais en cours en soufflerie L1 • Préparation de dispositifs de contrôle afin de diminuer les effets des non linéarités aérodynamiques

23. Merci de votre attentionQuestions ?