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

1. Stéphane MORGAND 3e année DAAP/MMHD Bourse DGA/ONERA 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 Présentation du drone générique Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD Confrontation simulations numériques et données expérimentales Nouvelle étude expérimentale Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up Conclusions et perspectives

3. Plan • Introduction au problème • Contexte • Objectifs scientifiques • Démarche et déroulement de la thèse • Présentation du drone générique • Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD • Confrontation simulations numériques et données expérimentales • Nouvelle étude expérimentale • Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up • 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 |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | 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 • Mise en place de nouvelles études numériques et expérimentales • Contrôle de l’écoulement aérodynamique • Limiter les effets des non linéarités aérodynamiques • Améliorer les performances aérodynamiques du drone • 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 • Présentation du drone générique • Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD • Confrontation simulations numériques et données expérimentales • Nouvelle étude expérimentale • Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up • Conclusions et perspectives

7. Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Présentation de l’UCAV générique • UCAV générique de type SACCON (Stability And Control CONfiguration ) • Projet du groupe RTO AVT161

8. 117 pts 93 pts Intro | Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | 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 = 1,59.10e6 • Méthodes numériques • Discrétisation temporelle : Backward euler • Discrétisation spatiale : Jameson • Modèle de turbulence : Spalart - Allmaras

9. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement

10. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement 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°

11. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement 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  = 16°

12. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Ligne de séparation du vortex d ’épaisseur Écoulement attaché Remontée du tip vortex Ligne d’attachement du tip vortex  = 17°

13. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Remontée du tip vortex Ecoulement de retour  = 18°

14. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Vitesse = 0 Remontée du tip vortex Ecoulement de retour  = 19°

15. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement Ligne d’attachement du vortex d’apex Vitesse = 0 Ecoulement de retour  = 20°

16. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Comparaison données numériques/expérimentales

17. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Comparaison données numériques/expérimentales CFD PIV CFD PIV

18. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Données Expérimentales (campagne PIV DNW) • 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

19. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement vortex (Critère Gamma1) Utilisation du critère Gamma 1 sur un cliché moyen x/c=70%

20. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement vortex Vortex d’apex Epaisseur de vorticité Paramétre de swirl (data) Tip Vortex Vortex d’épaisseur x/c=45%

21. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement substructures (Gamma2) Cliché instantané Utilisation du critère Gamma 2 sur un cliché instantané x/c=45%

22. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Description de l’écoulement substructures (Gamma2) x/c=70%

23. Remontée du tip vortex Éclatement du tip vortex et du vortex d’apex Renforcement du tip vortex Apparition du tip vortex Région d’écoulement attaché Disparition de la région d’écoulement attaché Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | 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

24. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Etude 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 = 35-50-70 m/s • Étude de transition par infra rouge, Tomoscopie laser, SPIV, visualisation par bouillie visqueuse

25. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Controle de l’écoulement: mise en place de strake

26. Intro |Présentation du drone | Description de l’écoulement | Contrôle | Perspectives Controle de l’écoulement

27. Plan • Introduction au problème • Contexte • Objectifs scientifiques • Démarche et déroulement de la thèse • Présentation du drone générique • Description de l’écoulement à l’extrados du drone : Étude CFD • Confrontation simulations numériques et données expérimentales • Nouvelle étude expérimentale • Contrôle de l’instabilités latérales et du Pitch-up • Conclusions et perspectives

28. Conclusions et perspectives Intro|Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives • Conclusions : • Compréhension de l’écoulement à l’extrados du drone • Les simulations numériques de type RANS ne restituent pas de façon fidèle les données expérimentales • Les simulations numériques donnent une tendance sur les efforts • Les instabilités latérales et du Pitch-up sont contrôlés par des dispositifs de strake • Perspectives : • Approfondissement de l’étude par de nouvelles simulations numériques avec des dispositifs de contrôle • Acquisition de données instationnaires dans une nouvelle étude expérimentale

29. Publications/Communications Intro|Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives • Publications : • Stereoscopic Particle Image Velocimetry Flowfield Investigation of an Unmanned Combat Air Vehicle, E. Roosemboom (DLR) and S. Morgand ,Journal of Aircraft, 2011 • Static and Dynamic SACCON PIV tests, Part I : Forward Flowfield, S. Morgand, A. Gilliot, J-C Monnier, J-F Le Roy, C. Geiler, J. Pruvost, Chapter 5, RTO-AVT 161, 2011 • Communcations : • SACCON CFD Static and Dynamic Derivatives using ElsA, J-F. Le Roy and S. Morgand, 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2010 • Static and Dynamic SACCON PIV tests, Part I : Forward Flowfield, A. Gilliot and S. Morgand, J-C Monnier, J-F Le Roy, C. Geiler, J. Pruvost, 28th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2010 • Caractérisation par PIV de l’écoulement autour d’une maquette générique de Drone de Combat, A. Gilliot, S. Morgand, J-C Monnier, J-F Le Roy, C. Geiler, J. Pruvost, Congrès Francophone de Techniques Laser, 2010

30. Formations Intro|Biblio | Analyse physique | En cours | Perspectives • Formations : • Flow Control, 2009 • ICEM, 2010 • eslA, 2010 • Doctoriale X-DGA-ParisTech, 2011 • Rédaction de thèse, 2011 • Encadrement de G. Steinitz (stagiaire ENS Cachan), 2011 • Annexe : • Mise en place de programmes pour le post-traitement automatique pour la PIV (critère, point singuliers,POD, wavelet 1D/2D …)

31. Merci de votre attentionQuestions ?