STUDY OF A RECTANGULAR SUPERSONIC JET AT MACH NUMBER 1.45 VECTORED BY FLUIDIC ACTUATION

Etude d'un jet rectangulaire supersonique à nombre de Mach 1.45 vectorisé par actionneur fluidique

Vincent Jaunet (1)

1 PPrime [Poitiers] - Institut Pprime [UPR 3346]

Thrust vectoring by fluidic actuators enhances aircraft motion abilities while minimizing the impact on its weight. The small size of the exhaust section of a rectangular nozzle was modified and equipped with a pneumatic actuator, with the aim of studying the yaw vectoring of the jet. The vectoring performances of the jet are investigated by particle image velocimetry (PIV) measurments ; results from a RANS computation, combined with experimental visualizations, are used in order to establish a scenario of the mechanisms responsible of the movement of the flow. A dicussion on the limitations of the device is given. Results of a laser Doppler velocimetry measurement campaign in the wake of the actuator, permits to quantify the impact of vectoring on the mixing layer developpment. Moreover, it is shown that the nozzle modifications generate a specific shock waves pattern that, associated with the acoustic propagating in the subsonic flow, is responsible for a two-dimensional transverse flapping motion of the jet. The dynamics of this flapping is studied through a proper orthogonal decomposition analysis applied to Schlieren visualizations, and PIV measurements. Such post-processing put forward the coupling between the flapping of the jet and non linear acoustic waves in the subsonic region of the flow. This coupling is so robust that it still governs the flow when the jet is vectored.

La vectorisation de poussée par actionneurs fluidiques permet d'accroître la manoeuvrabilité des appareils tout en minimisant l'impact sur la masse de l'engin. La petite dimension de la section d'éjection d'une tuyère rectangulaire a été modifiée et équipée d'un actionneur pneumatique, dans l'objectif d'étudier la vectorisation en lacet du jet. Les performances en vectorisation du jet sont investiguées par l'intermédiaire de mesures par vélocimétrie par images de particules (PIV) ; les résultats d'une modélisation numérique RANS, associés aux visualisations expérimentales, permettent d'établir un scénario des mécanismes responsables de la mise en mouvement de l'écoulement. Une discussion quant aux limitations du dispositif peut alors être apportée. Les résultats d'une campagne de mesure par vélocimétrie laser Doppler dans le sillage de l'actionneur permettent de quantifier l'impact de la vectorisation sur la couche de mélange. Il s'avère de plus, que les modifications apportées à la buse génèrent un réseau de chocs particulier qui, associé à l'acoustique se propageant dans la partie subsonique de l'écoulement, impose au jet un battement transversal bidimensionnel très important. La dynamique de ce battement est étudiée par l'intermédiaire d'une analyse par décomposition orthogonale aux valeurs propres (POD) appliquée à des visualisations strioscopiques. On démontre alors le couplage entre le battement du jet et les ondes acoustiques non linéaires dans la région subsonique. Cette dynamique se révèle très robuste, puisqu'encore présente en régime vectorisé.

Mots clés: Thrust vectoring; acoustic resonance; Screech tone; Proper orthogonal decomposition; Low order dynamical systems; Wavelet analysis; Spectral estimation

Mots clés: Vectorisation de poussée; Résonance aéroacoustique; Screech; Analyse par décomposition orthogonale aux valeurs propres; POD; Systèmes dynamiques d'ordre réduit; PIV; LDV; Analyse en ondelettes; Estimation spectrale

Domaines: Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]

Vincent Jaunet. Etude d'un jet rectangulaire supersonique à nombre de Mach 1.45 vectorisé par actionneur fluidique. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université de Poitiers, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00569333⟩