PDF (Introduction, Chapitres 1, 2 et 4, Conclusion et Bibliographie)

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N° d’ordre : 2287
Thèse
présentée
pour obtenir
LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
École doctorale : Transferts, Dynamique des Fluides, Énergétique & Procédés
Spécialité : Dynamique des Fluides
Par M. Gabriel PETIT
Titre de la thèse Contrôle de Décollement par fente pulsée et générateurs
de vortex fluides
Soutenue le 18/11/2005 devant le jury composé de :
M P. CHASSAING Professeur, INP Toulouse Président
MM J. PIQUET Professeur, École Centrale de Nantes Rapporteur
M. STANISLAS Professeur, Ecole Centrale de Lille Rapporteur
J.C COURTY Responsable de groupe, Dassault-Aviation Examinateur
J.P ROSENBLUM Ingénieur, Dassault-Aviation Examinateur
A. KOURTA Chargé de Recherche CNRS, IMF Toulouse Directeur de Thèse
J.P. BONNET Directeur de Recherche CNRS, LEA Poitiers Invité
J. COUSTEIX Professeur ENSAE, ONERA Toulouse Invité
P. GILLIERON Chercheur, Direction de la Recherche Renault Invité

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Introduction:
Motivations du travail:
Dans un contexte d'augmentation du coût de l'énergie, de marché concurrentiel et de réduction
des nuisances sonores, la thématique du contrôle est plus que jamais d'actualité dans le monde
de l'aérodynamique. Dans toutes les branches de l'industrie de transport le contrôle des
écoulements rime avec simplicité et économie. Dans ce domaine, Dassault-Aviation a de tout
temps entrepris à la fois une veille technologique, un effort de recherche soutenu ainsi que
parfois des démonstrations technologiques importantes. Déjà dans les années 1980, un avion
d'affaire Falcon 50 était "traité" efficacement de façon à garder un écoulement laminaire sur
les ailes et la dérive. Plusieurs thèses, stages et surtout des participations à des projets de
recherches Européens ( Eurolift I et II, AEROMEMS, etc…) ou nationaux ont permis depuis
de maintenir les compétences et de démontrer l'efficacité des concepts étudiés. L'objectif de
Dassault-Aviation dans ce travail est de proposer des solutions innovantes pour augmenter les
performances au décollage, d'atterrissage ou d'approche à iso géométrie des corps portants ou
d'envisager la simplification de dispositifs hypersustentateurs, demandant un travail de
conception lourd et pénalise le bilan de masse de l'avion, à iso-performances. L'utilisation de
Contrôle Fluidique sur un appareil civil ou militaire répond à des contraintes actuelles
environnementales et économiques ( réduction des niveaux sonores, augmentation pente de
montée et de finale, diminution consommation par un accrochage à des niveaux de vol plus
élevés, diminution des longueurs de pistes nécessaires, augmentation de la masse au
décollage, etc…). Une fois conçus, ces systèmes devront passer le stade sévère de la
certification. L'aspect prédiction des codes de calcul est donc primordial. Cette thèse est une
première démonstration de l'efficacité de la prédiction de divers concepts de contrôle
fluidique par des méthodes industrielles, permettant à terme de lancer des études de
conception mettant en œuvre ces dispositifs.
GDR 2502 : Contrôle des décollements:
Ce travail s'inscrit dans un groupe de recherche (GDR 2502) "Contrôle des Ecoulements"
soutenu par le CNRS ainsi que de nombreux laboratoires et industries de l'automobile et de
l'aéronautique. La mission du GDR est de fournir des protocoles de contrôle efficaces et
pratiques, s'appuyant sur des problématiques industrielles autour du décollement et de la
dynamique des structures tourbillonnaires. L'aspect technologique du développement des
actionneurs n'a pas été oublié par la relation forte entre le LPMO de Besançon et les travaux
plus académiques des différents centres de recherches et des industries. Ainsi, un facteur 10
sur les vitesses d'éjections de jets synthétiques a pu être obtenu lors des travaux de J-R Frutos
par la définition d'un actionneur innovant basé sur des technologies MEMS. Le GDR 2502
s'articule autour de 4 points:
- Contrôle des décollements sur profils et ailes
- Caractérisation et contrôle de l'aérodynamique automobile
- Développement d'actionneurs pour le contrôle des décollements
- Méthodologie et modélisation

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Deux campagnes de soufflerie sont également programmées lors de ce GDR ( LEA-ENSMA
et IMFT ) dans le cadre des thèses de S. Bourgeois et Julien Favier ( non terminées au
moment de la rédaction ) . L'objectif est de valider les études paramétriques ainsi que les
capacités de prédiction des codes sur un cas de décollement subsonique sur un profil
transsonique générique. Des montages expérimentaux ont été instrumentés pour observer les
phénomènes physiques ( PIV ) et évaluer les capteurs et les actionneurs. Divers actionneurs
sont installés dans le capot amovible du bord d'attaque d'un profil ONERA D: Microjets,
soufflage constant et pulsé, jets synthétiques, Vortex Générateurs Fluides, etc…
Ce travail s'inscrit donc dans les parties " Contrôle de décollements sur profils et ailes" ainsi
que "Méthodologie et modélisation" du GDR. En effet, l'étude se divise en trois parties
distinctes: une étude bibliographique, une étude de méthodologie et une étude paramétrique.
Étude Bibliographique:
Après un travail de recherche réalisé par Nicolas Getin sur le contrôle de décollement par jets
pulsés sur un cylindre, cette thèse se veut un état de l'art bibliographique du contrôle en milieu
aéronautique ainsi que la démonstration des capacités industrielles de prédiction de l'efficacité
des concepts étudiés. L'abondance de publications sur le contrôle fluidique depuis le début des
années 90 ont démontré un net regain d'intérêt pour ces domaines. D'importantes
démonstrations expérimentales ont été réalisés, notamment par l'équipe du Pr. Wygnanski, et
l'augmentation constante des ressources informatiques a permit les premiers calculs de ces
configurations. Le choix de traiter dans cette étude les jets synthétiques ainsi que les Vortex
Générateurs Fluide s'appuie principalement sur les travaux de McManus [73,85,86] pour les
DSJ et Pearcey [98] pour les VGJ.
Méthodologie:
Une partie importante du travail a été dédiée à cet aspect en prenant en compte l'aspect
précision du code et capacité des modèles de turbulence à prendre en compte ces écoulements
complexes. En effet, les calculs de Jets Synthétiques mettent en œuvre une méthode URANS
pour laquelle une étude de la précision fréquentielle est importante. Celle-ci est réalisée sur un
cas académique de cylindre rond laminaire à Reynolds basé sur le diamètre Re=100 où seule
l'aspect précision du schéma numérique intervient. La prise en compte des effets visqueux et
de la production turbulente est validée sur des cas de mise en incidence de profils en
subsonique ( ONERA D : comparaison code à code et NACA 0012 : comparaison
essai/calculs ). Pour améliorer la prédiction des décollements, un modèle de turbulence
instationnaire est implémenté dans le code AeTher de Dassault-Aviation. Il s'agit du modèle
semi-déterministe de l'IMFT développé par Ha-Minh et Kourta. Après validation de ce
modèle, il est utilisé dans la suite du document pour la prédiction du contrôle par jets
Synthétiques.

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Étude paramétrique des Jets Synthétiques et Vortex Générateurs Fluides:
Ces travaux préliminaires ont permis d'effectuer des études paramétriques sur les types de
contrôle sélectionnés et de les comparer aux résultats expérimentaux et numériques de la
bibliographie. Une étude des caractéristiques des Jets synthétiques normaux ou tangentiels à
la paroi du profil est proposée pour définir les contrôles les plus adaptés au contexte de
l'aéronautique. Une limitation de les concepts de jets synthétique est mise en évidence dans
leur besoin de vitesse d'éjection importantes pour observer un début d'efficacité. En effet, une
valeur de coefficient de quantité de mouvement critique a été démontrée en soufflerie par le
Pr Seifert lors d'études paramétriques.
Pour pallier à cette limitation, un second concept de contrôle fluidique est mis en œuvre dans
la dernière partie de ce mémoire: les Générateurs de Vortex Fluide. L'utilisation de systèmes
mécaniques transverses à l'écoulement est couramment observé avec succès dans le milieu
aéronautique mais avec le désavantage de générer une trainée parasite dans toutes les phases
de vol. Des démonstrations expérimentales des Vortex Générateurs Fluides sur des
configurations académiques ( Bump, plaque plane, …) et sur des dispositifs
hypersustentateurs ont montré l'intérêt de tels systèmes pour dans un processus de contrôle de
décollement. On relève dans cette partie du travail diverses limitations de ce type de contrôle (
courbure du profil, distance de mise en place du contrôle)