Contrôle de la transition d’une couche limite à l’aide d’actionneurs plasma DBD

Auteurs: 

A. Kurz, S. Grundmann, C. Tropea (Technische Universität Darmstadt)
M. Forte, A. Seraudie, O. Vermeersch, D. Arnal (Onera)
N. Goldin, R. King (Technische Universität Berlin)

Cet article résume des travaux expérimentaux et numériques qui ont été menés récemment sur le contrôle de la transition d’une couche limite d’un profil d’aile bidimensionnel par le biais d’actionneurs plasma générant une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD). Ces actionneurs génèrent un plasma froid surfacique qui induit, dans la couche limite,  une force volumique tangentielle à la paroi. La capacité de ces actionneurs DBD à retarder l’apparition de la transition est ici évaluée en utilisant deux modes d’action différents : l’action stationnaire et instationnaire. Dans une première partie, une étude expérimentale sur la stabilisation de la couche limite par l’action stationnaire est présentée. Des calculs de stabilité linéaire sont réalisés en parallèle en utilisant un modèle simplifié du vent ionique induit par l’actionneur plasma. Les résultats expérimentaux et numériques montrent que la modification du profil de vitesse moyenne, induite par l’actionneur DBD dans la couche limite, amoindrit l’amplification des perturbations et retarde la transition. Pour une vitesse d’écoulement faible (U∞ = 7 m/s), les mesures ont montrées un décalage de la position de la transition d’environ 35% de corde vers l’aval de la maquette. Dans une deuxième partie, les travaux expérimentaux présentés mettent à profit l’effet instationnaire de l’actionneur DBD. En effet, dû aux différents de régimes de décharge, cet actionneur a la particularité de produire un ajout de quantité de mouvement différent selon le demi-cycle de son signal d’alimentation. Il en résulte des variations de quantité de mouvement à une fréquence exactement identique à celle de ce signal. Le but de l’expérience est donc d’utiliser cette production de force volumique instationnaire dans la couche limite, pour atténuer les ondes de Tollmien-Schlichting par interférence destructive : cette technique s’appelle l’atténuation active d’ondes (Active Wave Cancellation) et elle nécessite l’utilisation d’un système de contrôle en boucle fermée afin de contrer les ondes naturellement amplifiées avec des ondes de même amplitude mais en exacte opposition de phase. Les résultats de cette expérience montrent un recul significatif de la transition en utilisant cette approche pour des vitesses allant jusqu’à U∞ = 20 m/s. L’intégralité des travaux présentés dans cet article ont été réalisés dans le cadre du projet européen Plasmaero financé par la Commission Européenne.

 

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