Etude expérimentale et numérique du phénomène de tremblement transsonique sur un profil diamant

Experimental and numerical study of the transonic buffet phenomenon over a diamond airfoil

• Auteur / Autrice : Jéromine Dumon
• Direction : Nicolas Gourdain, Laurent Michel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 28/02/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département mécanique des structures et matériaux
• Jury : Président / Présidente : Paola Cinnella
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Gourdain, Paola Cinnella, Julien Dandois, Éric Goncalves, Vincent Brion, Yannick Bury
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Dandois, Éric Goncalves

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aérodynamique transsonique

Essais en soufflerie aérodynamique

Mots clés libres

Tremblement transsonique

Essais en soufflerie

URANS

LES

Transonic buffet

Wind tunnel tests

URANS

LES

Résumé

Le développement de lanceurs spatiaux réutilisables nécessite une connaissance appro-fondie des effets des écoulements transsoniques sur la structure du lanceur, commele tremblement transsonique. En effet, l’intégrité mécanique du lanceur peut êtrecompromise par des interactions onde de choc/couche limite. Ces interactions peuventinduire, par exemple, des forces latérales responsables des moments de roulis et detangage, ou une excitation modale de certains éléments de structure pouvant conduireà leur endommagement, voire leur rupture. Ce travail rapporte des études numériqueset expérimentales sur la caractérisation de l’écoulement transsonique autour d’un aileronà profil losangique, conçu pour les lanceurs dédiés aux nanosatellites, avec un intérêtparticulier pour le tremblement transsonique. Ce phénomène a été longuement étudié.Malheureusement, les mécanismes intimes à l’origine du tremblement et la dynamiquedu phénomène sont encore débattus. De plus, il y a un manque d’études sur lesprofils losangiques. Des visualisations strioscopiques résolues en temps, des mesuresde pressions stationnaire et instationnaire pariétales ainsi que des mesures LDV sontréalisées expérimentalement dans une soufflerie transsonique. Les résultats sont comparésà des prédictions numériques basées sur des approches RANS instationnaire et LES. Lestraits tridimensionnels du tremblement transsonique et son caractère chaotique sur unprofil diamant sans flèche sont mis en évidence expérimentalement.

The development of reusable space launchers requires a comprehensive knowledge oftransonic flow effects on the launcher structure, such as buffet. Indeed, the mechanicalintegrity of the launcher can be compromised by shock wave/boundary layer interactions.These interactions can induce, amongst others, lateral forces responsible for rolling andpitching moments, or modal excitation of some structural elements that can lead to theirdamage or even failure. This work reports numerical and experimental investigationson the characterization of the transonic flow past a diamond airfoil, designed fornanosatellite-dedicated launchers, with a particular interest for buffeting. Buffeting hasbeen extensively studied. Unfortunately, the detailed mechanisms that are responsiblefor the buffet inception and its dynamics are still debated. Moreover, there is a lackof studies for diamond airfoils. Here, time-resolved Schlieren visualizations, steadyand unsteady pressure measures and LVD measures are experimentally conducted ina transonic wind tunnel. They are compared with numerical predictions based on un-steady RANS and LES approaches. Three dimensional features of buffet over a diamondairfoil without swept, and the occurrence of a chaotic state, are experimentally highlighted.