Contact: Pierric JOSEPH
Les travaux présentés ici regroupent les activités du LMFL portant sur le contrôle d’écoulements, qu’il soit appliqué à des écoulements très académiques ou à des cas plus industriels.
Le contrôle d’écoulements est un domaine fortement transverse, situé au croisement de plusieurs disciplines scientifiques tout en ayant une forte composante technologique. Cet axe de recherche s’appuie donc pleinement sur les axes principaux du laboratoire, ainsi que sur des collaborations externes.
En plus d’une expertise historique dans l’étude d’écoulements (contrôlés ou non), le laboratoire dispose d’une compétence reconnue dans la caractérisation d’actionneurs, au travers de l’unité scientifique du centre ONERA de Lille qui dispose d’un banc de caractérisation dédié.
La caractérisation sur banc peut être complété par des essais dans une petite soufflerie de couche limite (SCL- FC, veine 30 x 30 cm², Vmax = 40 m/s) permettant de procéder à des étalonnages dans des conditions plus proches de celle d’utilisation des actionneurs, mais surtout d’investiguer de manière détailler la physique de l’interaction entre les perturbations produites par ces actionneurs et une couche limite turbulente
Le laboratoire dispose également d’autres installations expérimentales de grandes dimensions, telles que les soufflerie ONERA L1 et L2, ainsi que la grande soufflerie de couche limite à Centrale Lille. Ces installations, intégrées à la plateforme CONTRAERO permettent l’étude d’écoulements externes avec la mise en œuvre de solutions de contrôle, mais également une analyse fine des mécanismes turbulents à l’œuvre ainsi que le rôle des différentes échelles associées.
Par ailleurs, une spécificité du laboratoire est son positionnement très marqué dans l’application du contrôle d’écoulements aux turbomachines pour l’étude sur des écoulements internes. En particulier, sont étudiées les instabilités se développant dans les compresseurs axiaux typiques des moteurs aéronautiques grâce au banc CME2 mise en œuvre au campus ENSAM de Lille.
De récents travaux et une forte dynamique au sein du laboratoire permettent également d’envisager un développement de l’utilisation d’algorithme type intelligence artificielle (réseau de neurones) pour renforcer l’efficacité de stratégie de contrôle.
Liste des projets récents et en cours du laboratoire
1. Projet régional CPER – FEDER : ELSAT2020 (2015-2021) et RITMEA (2021-2027)
Le LMFL est partie prenante de l’initiative régionale ELSAT2020 (et de son successeur RITMEA) visant à se concentrer sur les problématiques de mobilités au sens large. Son expertise en aérodynamique et en contrôle d’écoulements en particulier y est mis à l’œuvre au sein des sous – projets CONTRATECH (Contrôle réactif d’écoulements aérodynamiques) et bientôt OCTAVE (Optimisation de l’aérodynamique et ConTrôle d’écoulement Appliqués aux VEhicules).
Cette organisation permet des collaborations rapprochées avec des laboratoires et des centres de recherche travaillant sur des thématiques connexes, permettant ainsi de favoriser la transdisciplinarité nécessaire au contrôle d’écoulements.
2. ANR NumERICCS (2015-2019)
Le projet NumERICCS vise à coordonner les efforts des groupes de recherche Université/CNRS de l’ENSAM-Lille, de l’EC Lille et de l’UPMC, de l’organisme français de recherche aérospatiale ONERA, et du motoriste aérospatial français SNECMA, vers le contrôle de l’instabilité destructrice de pompage observée à la limite de charge aérodynamique des compresseurs axiaux modernes. Il s’agit d’un travail combiné expérimental et numérique, dont le résultat attendu est la conception, la simulation numérique et l’évaluation expérimentale d’un dispositif original de contrôle du pompage de compresseurs utilisant des jets non-synthétiques (débit net d’injection) positionnés devant le bord d’attaque des aubes.
3. CS ACONIT (2020-2023)
S’appuyant sur les résultats obtenus dans le cadre de l’ANR NumERICSS, ce projet financé par l’Union Européenne a pour but d’augmenter la maturité technologique des solutions de contrôle d’écoulements pour une application aux moteurs d’avion, en particulier des actionneurs. Le niveau 4 est ainsi visé sur l’échelle TRL, avec une démonstration finale sur un moteur réel instrumenté (Larzac 04 à l’Université de la Bundeswehr à Munich) avec des actionneurs avancées produit par la PME Cédrat Technologies.
4. INTACOO (2015-2020)
Ce projet CARNOT, financé par l’ONERA, et associant l’IEMN, vise, pour sa partie lilloise, à tester diverses technologies d’actionneurs fluidiques (jets pulsés, jets balayants) sur une configuration de décollement de volet dans la soufflerie L1, ainsi que des micros-jets pulsés développés par l’IEMN pour le contrôle d’écoulements de cavité en collaboration avec le centre ONERA de Meudon.
5. CAMELOTT (2014-2018) & CAMELOTT-MATVAL (2018-2022)
Ce projet coordonné par l’IEMN implique l’ONERA Lille et la PME Thurmelec (Astrid CAMELOTT) et la PME SECAPEM (Maturation CAMELOTT-MATVAL). Le projet vise à développer, à mettre en œuvre et à tester des micro-capteurs conçus et fabriqués par nano technologies, pour la mesure de vitesse et de frottement. Ces micro-capteurs sont mis en œuvre dans des expérimentations en laboratoire et seront soumis à des essais en vol. Une expérimentation dédiée dans la soufflerie L1 porte sur un essai de contrôle fluidique de décollement en boucle fermée sur un volet motorisé.
6. ASPIC (2016-2019)
Le projet DGA Rapid ASPIC, associant l’ONERA et la PME CTEC, vise à tester en soufflerie une solution de contrôle du décollement sur une dérive d’avion d’affaire par actionnement fluidique. L’objectif de ce contrôle est d’augmenter la force latérale générée par la dérive en supprimant le décollement qui apparaît sur la gouverne pour les forts angles de braquage. Deux types d’actionneurs ont été testés : les jets synthétiques qui ne nécessitent qu’une alimentation électrique et les « sweeping jets » qui nécessitent un apport d’air comprimé. Ce contrôle permettrait de réduire la surface des dérives et donc la traînée des avions d’environ 3%.
7. Contrôle d’écoulement sur pont arrière de frégates
L’ONERA travaille de longue date sur l’aérologie navale. Après avoir détaillé la physique complexe de ces écoulements (thèse de B. Herry – 2010), l’ONERA s’intéresse aujourd’hui à l’appontage des véhicules à voilures tournantes (thèse ONERA – Naval Group, 2020 – 2023). Un des axes de travail concerne la réduction de la contrainte aérologique par le contrôle de l’écoulement sur le pont arrière d’une frégate. La soufflerie L2, avec son grand plateau tournant de 6 m de diamètre, constitue l’outil idéal pour ce type d’études.
8. PRF FluiDyCon (2019-2022)
Fluid Dynamics Control : Développement d’approches innovantes pour la synthèse de lois de contrôles pour les écoulements. Ce projet de recherche interne ONERA vise à développer des méthodes mathématiques et outils numériques pour le contrôle de la dynamique des phénomènes d’écoulement, de les valider numériquement et en situation expérimentale.
9. Projet européen CS2 SYNJET3C (2017-2021)
Simulations numériques et expérimentations en soufflerie d’un actionneur jet synthétique avec et sans écoulement transverse.
