Study of the flow induced by a surface dielectric barrier discharge : contribution to subsonic airflow control by plasma actuators

Etude de l'écoulement induit par une décharge à barrière diélectrique surfacique : contribution au contrôle des écoulements subsoniques par actionneurs plasmas

Vincent Boucinha (1, 2)

1 PRISME - Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes, Mécanique et Energétique
2 Institut Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-)

Active flow control is a key issue to meet the environmental requirements for the next generations of aircrafts and cars. The aim of this work is to study subsonic airflows control by plasma actuators in order to improve aerodynamic performances (drag reduction and lift enhancement). The actuator consists in using a surface dielectric barrier discharge with a thin dielectric made by a combination of two polymer materials. The first part of this work is dedicated to the experimental study of the flow induced by the actuator in quiescent air according to the regime of the discharge. An empirical law is proposed in order to determine the velocity of the ionic wind as a function of the high voltage and the frequency of the actuator. From this law the main properties of the wall jet induced by the discharge are predicted. In the second part of the study the actuator is used for wind tunnel experiments for three configurations of increasing complexity: laminar boundary layer (flat plane), separated turbulent boundary layer (wing profile) and 3D separated boundary layer (Ahmed body with rear window tilted at 25°). Significant results are obtained for Reynolds numbers up to 1.7.106 (35 m/s).

La réduction de la résistance à l’avancement par des techniques de contrôle active sera une nécessité d’importance croissante dans les années à venir pour le secteur des transports. Cette thèse fait partie d’une nouvelle voie de recherche consistant à utiliser des décharges plasmas à pression atmosphérique pour modifier les écoulements en vue d’améliorer les performances aérodynamiques (diminution de la traînée et augmentation de la portance). L’actionneur retenu est une décharge à barrière diélectrique surfacique avec un diélectrique composé d’une combinaison de deux matériaux polymères souples. L’écoulement induit par l’actionneur plasma, appelé vent ionique, est d’abord étudié expérimentalement dans l’air au repos en fonction du régime de la décharge. Une loi empirique liant la vitesse du vent ionique à la tension et à la fréquence de l’alimentation est proposée. De cette loi se dégagent une vitesse et une longueur caractéristiques utilisées pour prédire les principales propriétés du jet de paroi induit en aval de la décharge (lois d’échelle). L’efficacité de l’actionneur est ensuite testée en soufflerie subsonique pour trois configurations aérodynamiques de complexité croissante : couche limite laminaire non décollée (plaque plane), couche limite turbulente décollée (profil épais) et couche limite décollée 3D (corps de Ahmed, lunette inclinée à 25°). Des résultats significatifs tant sur le plan de la modification de la topologie de l’écoulement que de l’amélioration des efforts aérodynamiques sont obtenus pour des nombres de Reynolds jusqu’à 1,7.106 (35 m/s).

Mots clés: Plasma actuator; Ionic wind; Ahmed body

Mots clés: Actionneur plasma; Vent ionique; Corps de Ahmed

Domaines: Autre

Vincent Boucinha. Etude de l'écoulement induit par une décharge à barrière diélectrique surfacique : contribution au contrôle des écoulements subsoniques par actionneurs plasmas. Autre. Université d'Orléans, 2009. Français. ⟨NNT : 2009ORLE2059⟩. ⟨tel-00501829v2⟩