Réalisation expérimentale dun contrôle en boucle fermée pour la suppression des...
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Réalisation expérimentale d’un contrôle en boucle fermée pour la suppression des
instationnaritées de cavité
Claudio Ottonelli2e annéeDAFE/MFLUBourse ONERA
Directeurs de thèse: Denis Sipp (DAFE)
Peter Schmid (LadHyX)
Encadrant ONERA: Benjamin Leclaire (DAFE)
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Plan
• Introduction au problème• Contexte • Objectifs scientifiques
• Démarche et déroulement de la thèse• Cas test numérique• Mise en place de la maquette à S19 et qualification de la veine• Conception de l’actionneur• Travaux à venir: modèle réduit
• Conclusions
• Modules de formation suivis
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Contexte• Problème de cavité
• Problème bien étudié• Rossiter, « Wind tunnel experiments of the flow over rectangular cavities at subsonic and
transonic speeds », J. Fluid Mech., 1964• Tam and Block, « On the tones and pressure oscillations induced by flow over rectangular
cavities », J. Fluid Mech., 1978• …• Rowley et al., « Linear models for control of cavity flow oscillations », J. Fluid Mech., 2006• Samimy et al., « Feedback control of subsonic cavity flows using reduced-order models », J.
Fluid Mech., 2007• El Hassan et al., « Aero-acoustic coupling inside large deep cavities at low-subsonic speeds
», J. Fluid Eng., 2011
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Objectif de la thèse
• Théorique:• Étudier le problème des instabilités produites dans la cavité
(bibliographie)• Comprendre la physique du phénomène contrôlé• Développer un modèle représentatif de la physique
• Expérimental:• Utiliser plusieurs techniques (PIV rapide, mesures instationnaires de
pression, fil chaud)• Développer un actionneur pour contrôler en boucle fermée
• Numérique:• Développer les outils nécessaires pour le contrôle
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Étude bibliographique• Samimy et al.
• Conditions: M=0.3, Re~105
• Cavité: L=50.8mm, D=12.7mm (« long cavity »)• Actionneur: jet synthétique• Techniques: PIV rapide, Kulite• Contrôle : POD + Galerkin + estimateur stochastique
• Rowley et al.• Conditions: M=0.34-0.45 , Re~105
• Cavité: L=510mm, D=96mm (« long cavity ») • Actionneur: haut parleur• Techniques: PIV rapide, Kulite• Contrôle : modèle réduit basé sur la propagation acoustique
• Nous• Conditions: M=0.1 , Re~105
• Cavité: L=314mm, D>210mm variable (« deep cavity »)• Actionneur: volet• Téchniques: PIV rapide, Kulite, fil chaud• Contrôle : modèle réduit identifié (A. Hervé)
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Calcul d’un cas test• Calcul avec ElsA
• simulation URANS, modèle κ-ω
• Mach=0.2, Re~10^5• Même dimensions que S19• Objectif: se familiariser avec le phénomène physique
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Qualification de la veine
• Essais de qualification:• Couche limite• Niveau de turbulence• Pression statique• Pression instationnaire
Nouvelle veine à S19Ch
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Couche limite
• Mesures préliminaires, à consolider
31.1
55.2
35.3
24.21*
99.
H
mm
mm
mm
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Niveau de turbulence
%3.0uT
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Pression statique
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Pression instationnaire
• Marque : KULITE• Modèle : XCQ-093-15A• Etendue de mesure : 15 PSI A
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Conception actionneur• Définition des besoins et des contraintes
• Actionneur piloté par une loi continue dans une bande passante de 0 jusqu’à 150 Hz environ
• Linéarité du système électrodynamique• Conception cinématique simple
• Plan de bataille• Modification de la géométrie de la maquette pour diminuer la fréquence• Recherche de solutions technologiques sur étagère• Dimensionnement par prévision des efforts aérodynamiques
• Dimensionnement actionneur• Définition des paramètres du moteur• Configuration mécanique admissible
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Modification de la géométrie
BDLAD
af
1
25.0
[L.F. East (1965)]
0
50
100
150
200
250
300
350
210 310 500 700 900
D [mm]
Fre
qu
en
cy
[H
z]
D [mm]
f S19
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Dimensionnement des paramètres du « voice coil »
xMFki
xkRit
iLV
a
d
d
LMk
sLR
s
LMk
ssX
sVsG 2
2)(
)(
gM 65 NFa 5
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Modèle réduit (en cours)• Objectif
• Identification d’un modèle réduit d’écoulement à partir des mesures de PIV rapide, fil chaud et capteurs instationnaires de pression, à la suite d’une perturbation en créneau à l’amont de la cavité
• Cahier des charges• Installation d’un volet actionné par un électroaimant• Campagne MDM (modes de vibration) sur le volet• Installation d’une chaine de mesure pour synchroniser les signaux
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Identification d’un modèle réduit [A. Hervé, JDD 2012]
• Principe• Expérience• Identification d’un modèle qui reproduit les entrées/sorties connues
• Validation du modèle sur des entrées différentes
• Procédure d’identification• Réduction spatiale par Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres (POD)• Structure du modèle d’après la projection de N.S.
• Observation d’une trajectoire X(t) sur une expérience• Identification des coefficients A, B, β, C d’après la trajectoire observée• Ajout de l’effet du forçage au moyen d’un modèle linéaire
11 OplantI
111
~OOmodèleI
2
2
2 ~Omodèle
OplantI
kj kjkjij jijj jiji
tii xxCxxBAXxXf
, ,,1 ,,
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Conclusions et perspectives• État d’avancement
• Montage et qualification de la maquette• Étude préliminaire de l’actionneur• Démarrage des essais pour l’identification
• À venir (deuxième année)• Progresser dans la choix et la conception de l’actionneur• Développer et maîtriser les outils d’identification et contrôle
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Modules de formations suivis
• Formation• Sécurité laser – LASOPTIC, Châtillon, le 3 mai 2011
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Questions?