Le Groupe Supersonique dispose d’une soufflerie aux caractéristiques rarement égalées : il s’agit d’une installation hypoturbulente continue (durée maximum de fonctionnement : quatre heures avec des conditions génératrices parfaitement stabilisées), avec un nombre de Mach nominal de 2,3 (Nombre de Mach maximum 2,7) et un nombre de Reynolds unitaire ajustable entre 1,3e6 et 1e7. La qualité des écoulements produits, leur répétabilité et la stabilité des conditions aérodynamiques sont particulièrement bonnes.
Les moyens expérimentaux associés permettent des mesures de vitesse et de température, principalement l’anémothermométrie à fil chaud (systèmes à courant et à résistance constants), la vélocimétrie laser Doppler et la vélocimétrie par image de particule (PIV stéréoscopique, Dual -PIV), adaptées aux contraintes des écoulements supersoniques.
Un programme de modernisation achevé en 2021 a permis d'adapter son fonctionnement aux régimes subsoniques (0.3<M<0.75) tout en conservant ses qualités aérodynamiques.
Les moyens numériques sont constitués par les ressources locales et par les accès aux centres de calcul nationaux.
Marseille
Laboratoire d'accueil :UMR7343 - Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (IUSTI) - MARSEILLE 13
Acronyme :Soufflerie pour Étude des écoulements Supersoniques d'Aix-MarseillE
Dimensions :Deux veines d'essai. S8 (17x10.5cm2) et S7(15x12cm2)
Domaine de fonctionnement :0.3<M<2.3
Mode de fonctionnement :Continu
Durée de fonctionnement :5h
Ouverte à la prestation ou à la mutualisation :Oui
Illustration représentative de l’installation :
Le groupe étudie les écoulements supersoniques. Cela peut porter sur les propriétés de la turbulence compressible des écoulements à haute vitesse, sur la transition à la turbulence d’une couche limite, où sur l’organisation même de ces écoulements. Un premier centre d’intérêt porte sur les structures à grande échelle, à savoir sur les tourbillons de grande taille qui contribuent de manière prédominante aux amplitudes des fluctuations. Un second axe concerne les instationnarités à basse fréquence produites dans les décollements de couche limite – tant en régime laminaire que turbulent- ou dans les cavités. Ces problèmes sont étudiés par l’expérience et la simulation numérique.
Des études d’Interaction Onde de Choc Couche Limite ont été menées dans des configurations amont turbulentes. On sait que dans ce cas, on observe des pulsations à basse fréquence importante lorsqu’il y a décollement de couche limite. Ces instationnarités sont particulièrement gênantes pour l’aérodynamique interne des réacteurs et des prises d’air supersoniques : elles sont cause de perte d’efficacité et source de fatigue mécanique pour les structures. Les travaux effectués à l’IUSTI visent à identifier l’origine de ces pulsations basse fréquence. Plusieurs modèles ont permis de de paramétrer la dépendance des échelles spatiales et temporelles de l'écoulement à l'intensité du choc et aux différents paramètres aérodynamiques (Mach, Reynolds) [1], [2], [3].
L’étude de l’IOCCL a également été menée pour des conditions amont laminaires. La soufflerie supersonique de l'IUSTI par ses particularités uniques au niveau Européen est particulièrement bien adaptée à ce type d'études (faibles Reynolds unitaires, niveau de turbulence très faible, fonctionnement continu sur plusieurs heures avec des conditions génératrices particulièrement stables). Plusieurs défis métrologiques ont du être relevés (notamment ALD à très haute résolution spatiale [4] et Anémomètre Fil Chaud à Haut rapport signal sur bruit) qui, associés aux spécificités de la soufflerie supersonique de l'IUSTI, nous ont doté de capacités uniques au niveau international pour l'étude de ce type de configurations et ont contribué à l'obtention d'un ITN Européen (projet TEAMAero) en 2020. Nous avons pu montrer que la couche limite laminaire compressible (Mach=1.7) se déstabilise suivant les schémas prévus par les récentes simulations DNS (interaction non linéaire des modes obliques, croissance linéaire des structures longitudinales ainsi créées, puis transition à la turbulence via nouvelle interactions non linéaires). Ceci nous permet pour la première fois de documenter une interaction transitionnelle (rampe de compression) avec un niveau de description jamais atteint de la dynamique initiale de la couche laminaire [5] et une documentation précise des sources d'excitations externes (mesures 3 points fil chaud). Les simulations LES menées en parallèle dans l'équipe s'appuient sur ces nouvelles descriptions et permettront une comparaison pertinente avec les expériences des mécanismes de transition au long de la couche décollée et des instationnarités basse fréquences déjà observées lors du projet Européen TFAST (2012-2016).
Références
[1] P. Dupont, S. Piponniau, and J. P. Dussauge. Compressible mixing layer in shock- induced separation. Journal of Fluid Mechanics, 863 :620–643, 2019. doi.org/10.1017/jfm.2018.987. hal.archives-ouvertes.fr/hal-02012034
[2] S. Piponniau, J. P. Dussauge, J. F. Debiève, and P. Dupont. A simple model for low-frequency unsteadiness in shock-induced separation. Journal of Fluid Mechanics, 629 :87–108, 2009. Doi:10.1017/S0022112009006417. hal.archives-ouvertes.fr/hal-01454909
[3] L. Agostini, L. Larchevêque, and P. Dupont. Mechanism of shock unsteadiness in separated shock/boundary-layer interactions. Physics of Fluids, 27(12) :126103, 2015. Doing:dx.doi.org/10.1063/1.4937350. hal.archives-ouvertes.fr/hal-01455109
[4] Diop, M., Piponniau, S. and Dupont, P. High resolution LDA measurements in transitional oblique shock wave boundary layer interaction. Exp Fluids 60, 57 (2019). Doi:10.1007/s00348-019-2701-x hal.archives-ouvertes.fr/hal-02415026
[5] Nikhil Mahalingesh, Sébastien Piponniau, and Pierre Dupont. Effects of shock-induced separation on boundary layer transitional mechanisms. In AIAA SciTech Forum, 2023.
