Production de poussée d'une plaque bidimensionnelle en mouvement de tangage
Joseph Moubogha Moubogha  1@  , Uwe Ehrenstein  2@  , Jacques André Astolfi  1@  
1 : Institut de Recherche de l'Ecole Navale (EA 3634)  (IRENAV)  -  Site web
Ecole Navale, Arts et Métiers Paris Tech, Arts et Métiers ParisTech
BCRM Brest CC 600 29240 BREST Cedex 9 -  France
2 : Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre  (IRPHE)  -  Site web
Ecole Centrale de Marseille, Aix Marseille Université, CNRS : UMR7342
Technopole de Chateau-Gombert - 49 rue Joliot Curie - BP 146 - 13384 MARSEILLE cedex 13 -  France

La présente étude s'inscrit dans le contexte de la propulsion marine instationnaire. Elle relève de l'analyse numérique et expérimentale des conditions de propulsion d'une plaque en mouvement de tangage. L'étude est réalisée à un nombre de Reynolds de 2000 calculé sur la base de la longueur de la plaque et de la vitesse d'entrée de l'écoulement. La plaque oscille sinusoïdalement autour de son axe au tiers de sa longueur. La fréquence réduite d'oscillation considérée comme un paramètre important du problème varie entre 1 et 5. Une procédure de résolution multi-domaine par différences finies des équations de Navier-Stockes est utilisée pour résoudre numériquement le problème. La vitesse est obtenue expérimentalement grâce aux mesures de Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) du champ d'écoulement autour d'une plaque de carbone en tangage montée au sein du tunnel hydrodynamique de l'IRENav. L'objet de l'étude est de caractériser le sillage derrière la plaque et d'évaluer la fréquence réduite seuil en vue de quantifier la transition vers un régime marqué par une production de poussée. Les résultats montrent une bonne concordance entre le numérique et l'expérience. L'apparition d'une fréquence réduite d'oscillation seuil au-delà de laquelle le sillage présente le motif d'une allée inversée de Von Kàrmàn est notée. Au-dessus de cette fréquence, les profils moyens de vitesse dans le sillage présentent une transformation. De profils usuels de type sillage avec un déficit de vitesse, on passe en profils de type « jet » avec un excès de vitesse qui sont généralement considérés comme l'empreinte de la production de poussée. Les forces exercées sur la plaque sont extraites des résultats de simulation numérique et on montre que des prévisions fiables pour une éventuelle production de poussée peuvent être déduites d'une analyse expérimentale classique basée sur le théorème de quantité de mouvement, uniquement lorsqu'en plus de la vitesse moyenne, les fluctuations de vitesse et la pression sont prises en compte.


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