Etude expérimentale et numérique du contrôle de transition de couche limite par actionneurs à plasma froid surfacique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

Experimental and numerical study of boundary layer transition control by means of cold surface plasma actuators

Etude expérimentale et numérique du contrôle de transition de couche limite par actionneurs à plasma froid surfacique

Résumé

The boundary layer transition from a laminar to a turbulent state increases the wall friction drag. Particularly on future aircrafts, one way of reducing fuel consumption, and answering both an environmental and economic issue, consists in delaying the transition farther downstream. In this context, the aim of this work is to characterize the impact of Dielectric Barrier discharge (DBD) plasma actuators on the boundary layer transition. When powered with an alternative high voltage, these active actuators produce a pulsed body force which is tangential to the wall and, under some conditions, enables to modify the boundary layer mean velocity profiles to delay the transition. Under other conditions, the unsteady body force amplifies modal instabilities (Tollmien-Schlichting waves) may destabilize the boundary layers, leading to a promoted transition. A first experiment enabled to highlight this competition between the stabilizing mean effect and the destabilizing unsteady effect by measuring respectively a transition delay and a transition promotion. A numerical study based on local stability analyses wass conducted in parallel and showed that a wide frequency range of TS waves is damped by the mean body force, which explains the transition delay. A second experiment, focusing on the mean effect, enabled to show the influence of the actuator position and the cumulative effect of several actuators on the transition delay
La transition laminaire-turbulent au sein de la couche limite qui se développe sur les parois des aéronefs augmente fortement la traînée de frottement. Ainsi, afin de répondre à une problématique à la fois environnementale et économique, une piste envisagée pour réduire la consommation en carburant des aéronefs du futur est de diminuer la trainée en reculant cette transition le plus en aval possible. Dans ce cadre, l’objectif de cette thèse est de caractériser expérimentalement et numériquement l’effet d’actionneurs à plasma de type Décharge à Barrière Diélectrique sur la transition. Alimentés par une haute tension alternative, ces actionneurs actifs produisent une force volumique pulsée qui permet, sous certaines conditions, de modifier les profils de vitesse moyenne dans la couche limite et de reculer la transition. Sous d’autres conditions, le caractère instationnaire de cette force volumique peut entrainer une amplification des instabilités modales naturellement présentes dans la couche limite (ondes de Tollmien-Schlichting) et ainsi conduire à une transition prématurée. Une première expérience a permis de mettre en évidence cette compétition entre l’effet moyen stabilisant et l’effet instationnaire déstabilisant en mesurant respectivement un recul et une avancée de la transition. Parallèlement à ces activités expérimentales, une étude numérique, basée sur des analyses de stabilité linéaire, a montré que l’effet moyen de la force volumique permettait d’atténuer une large gamme de fréquences d’ondes TS dans la couche limite et d’expliquer le recul de transition observé expérimentalement. En se concentrant sur l’effet moyen, une seconde expérience a permis d’étudier l’influence de la position de l’actionneur ainsi que l’effet cumulatif de plusieurs actionneurs sur le recul de transition.
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Dates et versions

tel-01454974 , version 1 (03-02-2017)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01454974 , version 1

Citer

Natacha Szulga. Etude expérimentale et numérique du contrôle de transition de couche limite par actionneurs à plasma froid surfacique. Modélisation et simulation. INSTITUT SUPERIEUR DE L’AERONAUTIQUE ET DE L’ESPACE (ISAE), 2016. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01454974⟩

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