Instationnarité et dissymétrie d'un écoulement supersonique décollé dans une tuyère plane
Résumé
Steady and unsteady aspects of symmetrical and asymmetrical shock patterns occurring in an overexpanded supersonic planar nozzle have been investigated in the Onera continuous atmospheric transonic/supersonic S8Ch wind tunnel. The fluctuating aspects of the flow were obtained by using Ultra-fast spark shadowgraphy visualization techniques. The nozzle flow topology induced by an asymmetrical shock structure is described thanks to three-dimensional Laser Doppler Velocimetry (LDV) measurements and skin friction lines visualisations. The thorough examination of the two separated flow regions induced by shock/boundary layer interactions has allowed to point out low frequency phenomena (50-60Hz) due to the convection of large vortical structures. Thus, the spectral analysis of unsteady wall pressure measurements in the symmetrical and asymmetrical cases permitted to find again these low frequency phenomena and to underline frequency peak around 240Hz showing the shock oscillations.
Two-dimensional and steady numerical simulations in supersonic regime had been made to compare several usual turbulence models. The models chosen give different shock configurations. The transient start-up of the wind tunnel simulated numerically shows a asymmetrical final pattern.
Two-dimensional and steady numerical simulations in supersonic regime had been made to compare several usual turbulence models. The models chosen give different shock configurations. The transient start-up of the wind tunnel simulated numerically shows a asymmetrical final pattern.
Une campagne expérimentale, effectuée dans la soufflerie atmosphérique continue transsonique/supersonique S8Ch de l'Onera, a permis d'analyser en détail les aspects stationnaires et instationnaires des écoulements symétrique et dissymétrique produits par la surdétente d'une tuyère plane supersonique fonctionnant en régime surdétendu. Les fluctuations des structures de chocs ont été obtenues par un système de visualisation d'ombroscopie rapide : la Chronoloupe. A l'aide de l'analyse du champ aérodynamique tridimensionnel obtenu par des mesures effectuées au vélocimètre laser Doppler (LDV) et des visualisations des lignes de frottement pariétales, la topologie de l'écoulement comportant une structure de chocs dissymétrique a été reconstituée. L'analyse des deux zones décollées produites par les interactions onde de choc/couche limite ont permis de mettre en évidence des phénomènes basse fréquence (50-60Hz) associés à la convection de grosses structures tourbillonnaires. Les analyses spectrales des fluctuations de pression pariétale pour des configurations symétrique et dissymétrique ont permis de retrouver ces phénomènes basse fréquence et de caractériser des pics autour de 240Hz traduisant les battements de la structure des chocs.
Des simulations numériques bidimensionnelles et stationnaires réalisées en régime turbulent ont permis de confronter les modèles de turbulence les plus employés. Les résultats montrent des configurations de chocs différentes suivant les modèles adoptés. Une configuration dissymétrique a été obtenue par la simulation du transitoire d'amorçage de la soufflerie.
Des simulations numériques bidimensionnelles et stationnaires réalisées en régime turbulent ont permis de confronter les modèles de turbulence les plus employés. Les résultats montrent des configurations de chocs différentes suivant les modèles adoptés. Une configuration dissymétrique a été obtenue par la simulation du transitoire d'amorçage de la soufflerie.