Contrôle actif en boucle fermée pour le recollement d'une couche limite turbulente épaisse

par Tamer Alshaqarin

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Michel Stanislas et de Caroline Braud.

Soutenue le 12-07-2011

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .


  • Résumé

    Cette étude concerne l'étude d'actionneurs à jets pulsés pour le contrôle de décollements sur une rampe. Des expériences de contrôle en boucle ouverte puis en boucle fermée ont été effectuées avec succès pour réattacher une couche limite turbulente épaisse . Ces tests ont été effectués dans la soufflerie de couches limites du LML (caractérisée par Carlier & Stanislas [2005]), celle-ci ayant la particularité d'avoir une couche limite dillatée permettant d'obtenir des nombre de Reynolds et des temps caractéristiques long. Différents nombre de Reynolds différent basés sur l'épaisseur de quantité de mouvement ont été testés gamme: (Re=75000-12600).Les tests de contrôle en boucle ouverte ont été menées dans la soufflerie pour sélectionner une entrée / sortie adaptée au problème de contrôle, pour identifier les échelles de temps du processus de décollement/réattachement, pour les modéliser, pour choisir les fréquence optimale et pour finalement les utilisées en contrôle en boucle fermée. Ensuite, des contrôleurs simples (Proportionnelle Intégrale (PI) et Régulateur Linéaire Quadratique (RLQ)) ont été implémentés en œuvre expérimentalement en boucle fermée et comparés à des simulations. La réactivité du contrôle, à vitesse de l'écoulement constante, est améliorée par rapport aux résultats en boucle ouverte. La robustesse des contrôleurs a été testée avec des variations de la vitesse de l'écoulement. Ces tests ont mit en évidence la nécessité de contrôleurs plus complexes. Dans cette optique, des contrôleurs robustes H∞, basés sur le modèle linéaire du premier ordre extrait des expériences en boucle ouverte, ont été conçu et simulés. Un modèle Linéaire à Paramètres Variables (LPV) a été proposé. Celui-ci tient compte des variations de la vitesse de l'écoulement. Finalement, un contrôleur robuste H∞ LPV a été proposé pour de future implémentations expérimentales, qui donne de bon résultats en dépit des variations de la vitesse de l'écoulement dans la gamme étudiée.

  • Titre traduit

    Closed loop active control to reattach a thick turbulent boundary layer


  • Résumé

    The current study deals with the employment of the pulsed jet actuators for flow separation over a ramp. Open and closed-loop control experiments were successfully performed to reattach a thick turbulent boundary layer, thanks to large scales of the facility (LML wind tunnel) characterized byCarlier and Stanislas [2005]. They were performed at three Reynolds numbers based on the momentum thickness of the turbulent boundary layer, varying from Re =7500 to 12600.Open-loop control were conducted in wind tunnel experiments to select an adequate input/output for the control problem, identify the time scales of the separation/attachment process, model the separated ow system under actuation, study the inuence of the actuation frequency and extractthe optimal frequencies in the range of study to be used in closed-loop control. Then, simple controllers (Proportional-Integral and Linear Quadratic Regulator) were experimentally implemented in closed-loop congurations and compared to simulations. The control reactivity at constant free stream velocity is improved compared to open-loop results. The robustness of thecontrollers is tested under variations of the free stream velocity, which highlights the need for more complex controllers.Robust H∞ controllers based on rst order model extracted in open-loop experiments, were designed and simulated. Linear Parameter Varying (LPV) model is proposed that takes into account free stream velocity variations. Then, a robust H∞ LPV controller is proposed, that performs well in spiteof free stream velocity variations in all the operating range.


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