Supprimer la turbulence par un contrôle actif
L'écoulement de l'air autour d'un avion se décrit mathématiquement par trois composantes: l'écoulement moyen, une composante périodique (et donc dynamique), et une composante de turbulence aléatoire pour laquelle sont définies des contraintes de Reynolds. La majorité des travaux sur le «domptage» de la turbulence, pour réduire les frottements de surface, ont porté sur les changements de l'écoulement moyen, ce qui modifie les contraintes de Reynolds. Des chercheurs chinois et européens ont lancé le projet MARS («Manipulation of Reynolds stress for separation control and drag reduction»), financé par l'UE, pour étudier le problème sous un autre angle. Ils se sont intéressés à l'impact d'un contrôle actif de l'écoulement sur la composante périodique. Par cette approche totalement nouvelle, ils ont démontré la possibilité de contrôler des structures dynamiques indépendantes, plus grandes et à des fréquences plus basses que dans la couche de cisaillement turbulente. Les chercheurs ont utilisé des souffleries pour étudier les performances de dispositifs de contrôle (tels que des actionneurs à plasma ou des surfaces oscillantes) sur des structures dynamiques qui influencent les contraintes de Reynolds. Grâce à la simulation de tourbillon détaché et à des modèles de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds, ils ont obtenu des informations sur les paramètres critiques de l'écoulement. Ils ont associé des mesures expérimentales et des simulations numériques pour extraire les détails de l'écoulement. Dans certaines conditions, les chercheurs de MARS ont obtenu des écoulements instables, et étudié l'influence de la composante périodique sur les contraintes de Reynolds de la turbulence. Ils ont ainsi mieux compris les effets du contrôle de l'écoulement sur la contrainte de Reynolds de la turbulence. Ces effets sont responsables de la majeure partie du transfert cinématique dans des écoulements turbulents limités, et détiennent la clé des frottements de surface. En outre, les chercheurs de MARS ont identifié des dispositifs susceptibles d'être améliorés pour réduire efficacement les frottements de surface, et donc la traînée qui s'oppose au mouvement de l'avion durant le vol. La prochaine génération de dispositifs de contrôle actif de l'écoulement de l'air pourrait rendre plus efficaces les transports aériens, ce qui réduira les rejets de gaz dangereux pour l'environnement.
Mots‑clés
Turbulence, contrôle de l'écoulement, comportement aérodynamique, stress de Reynolds, réduction de la traînée
