Générateur de micro-jet synthétique par plasma (Daniel Caruana) PRF PUMA F. Thivet Coopération avec le LGET J.P. Cambronne GDR-CDD n° 2 LEA- Poitiers-10 mai 2006 Action sur les décollements Micro-jets. Æ application sur véhicules terrestres et aériens Æ augmentation des performances (décollements, Czmax, traînée, tremblement,..), manipulation des écoulements décollées, tourbillonnaires, au bord de fuite, surfaces de contrôle, zones de mélange … Comment? Æ génération de tourbillons redonnant de l’énergie à la couche limite turbulente, générations de jets Dispositifs: - VG mécaniques : action sur les décollements, le tremblement, actuellement utilisés mais toujours en place même si inutiles Intérêt GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 Action sur les décollements Micro-jets. -VG fluidiques et fluidiques pulsés en cours d’étude mais nécessité d’apporter de l’énergie (débit de gaz) Vjet nécessaire entre 200m/s (subsonique) et 500m/s (supersonique), - jets synthétiques, même principe que les VG fluidiques pulsés mais sans apport d’énergie systèmes mécaniques en cours d’étude de type microvalve électrostatique (LPMO) ou magnétostatique (IEMN) Æ à ce jour Vmax=100 à 150m/s GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 Générateur de jet synthétique par plasma Principe Vitesse de jet potentiellement très élevée pas de pièces mobiles GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 Travaux de ll’université ’université Johns Hopkins Jet Plasma ((Sparkjet) Sparkjet) pour le contrôle d ’écoulements d’écoulements supersoniques Paramètres influençant la vitesse du jet (calculs CFD): •Volume de la cavité •Energie déposée Montage à 2 électrodes GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 •Diamètre de l’orifice Travaux envisag és et objectifs envisagés Contrôle des décollements et d’instabilités aérodynamiques (écoulements subsoniques et transsoniques) Etude Paramétrique: Calculs CFD (CEDRE) •Diamètre de l’orifice •Energie déposée Réalisation d’un prototype: •Volume de la cavité Mesures de vitesses •Distance inter-électrode Effets sur phénomènes aérodynamiques Performances recherchées: - Vitesse du jet: 200 à 500 m/s GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 - Fréquence: 1 à 2kHz Premiers calculs CEDRE (1/2) Conditions initiales: t= 20μs t= 60μs t= 200μs • Température initiale dans la cavité: 1000K • Température ambiante: 300K • Pression initiale dans la cavité: 337750 Pa • Pression ambiante: 101325 Pa -275 m/s < Vitesse < 960 m/s Vitesse du jet sur l'orifice •Modèle: Navier-Stokes + K-L 700 •Maillage 2D-plan 600 500 •Diamètre de l’orifice: 0.5mm Vitesse (m/s) 400 300 200 100 0 -100 0 50 100 150 -200 GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 Temps (micro-secondes) 200 250 Premiers calculs CEDRE (2/2) Pression et température dans la cavité t=200μs 1200 400000 350000 1000 Pression (Pascal) 300000 800 250000 600 200000 150000 400 100000 Température (Kelvin) t=20μs Pression Température 200 50000 0 0 50 100 150 200 0 250 Temps (micro-seconde) 160K < T < 900K Prochains calculs: • Maillage 3D (géométrie de révolution) •Etude paramétrique (variation du volume, du diamètre d’orifice, et de la température) • Calculs du jet en présence d’écoulement GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 Prototype de ll’actionneur ’actionneur Configurations prévues: • 4 profondeurs de chambre: 2, 3, 4 et 6mm • 3 distances inter-électrodes: 1, 2 et 3mm • 3 diamètres d’orifice: 0.5, 0.74 et 1mm Evolutions à discuter: • Matériaux électrode de masse? •Configuration multi-électrodes? •Barrière diélectrique? •Forme extrémité d’anode? GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 Circuit d ’alimentation éélectrique lectrique d’alimentation 2 options: options Circuit à « bobine » (type allumage automobile ) Alimentation haute tension + décharge d’un condensateur (circuit RC) ¾ L’énergie déposée est donnée par ½.C.V2 ¾ Le produit R x C et la tension de claquage V de l’actionneur fixent la fréquence GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 M éthodes de mesure envisag ées Méthodes envisagées Mesures électriques: Courant, tension (pont diviseur) • Energie déposée • Fréquence Mesures aérodynamiques : sans écoulement Plan laser (qualitatif) avec écoulement Effet sur décollements Mesure de la vitesse du jet Ecoulements: Fil chaud? • proximité haute tension Sonde de pression? GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006 • champ de température - subsoniques - transsoniques 11ères ères visualisations par plan laser Prototype - sans éécoulement coulement Forte densité homogène de particules Pélect.=0,4W Nuage de particules prés de l’orifice Actionneur et électronique de commande en cours de réalisation GDR-CDD n° 2 LEA-Poitiers 10 mai 2006