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International audience; A numerical solver based on the immersed boundary method has been recently developed on OpenFoam [3], a free software. In this study, we investigate the Immersed Boundary Method (IBM) at low Reynolds number (Re=1000) for incompressible flow around NACA 0012 airfoil and then around a flat plate and a NACA 23012 airfoil in rotation (from 0° to 90°). The Leading-edge suction parameter Discrete Vortex Method (LDVM) is also investigated in the models using a rotation of the airfoils. LIST OF SYMBOLS c Chord length Lift coefficient Drag coefficient n Time step p Pressure Reynolds number t Time u Flow velocity û Estimated velocity during the predictor step ∞ Input velocity

International audience

International audience; Airfoils with high values of the angle of attack present detached flows, characterized by leading edge and trailing edge vortex shedding. Experiments and high-order computations contribute to the understanding of these flows, but fast low-order methods are needed for engineering tasks. In the present work, we implement a discrete-time vortex method, using a leading edge shedding criterion. For a given airfoil and Reynolds number, there is a critical value of that parameter. If the instantaneous value exceeds the critical value, vortex shedding occurs at the leading edge. In addition, the Kelvin theorem imposes for each time step, that the total circulation equals zero. That type of method, initially developed for flows around unsteady airfoils, is used to compute the unsteady flow resulting from detached airfoils at constant angle of attack. The airfoil configuration consists in two SD7003 airfoils of equal chord, placed at different stagger and gap. The study focuses on lift change produced varying the stagger between the airfoils.

Le développement de l'aéronautique est fortement lié à la compréhension du mécanisme de création de la portance par une aile, phénomène physique permettant la sustentation d'un objet en mouvement dans l'air. Cependant, il est difficile de reproduire les conditions du vol lorsque l'on ne dispose pas de machines pouvant voler. Même lorsque l'aéronautique a permis la réalisation de tels engins, il reste essentiel de disposer d'installations expérimentales permettant de reproduire facilement des conditions de vol dans un environnement de laboratoire. Pour cela, différents dispositifs ont été imaginés au cours de l'histoire.

La définition d'une grandeur physique, dont l'utilisation est aujourd'hui familière pour tout ingénieur ou toute personne qui s'intéresse à une discipline scientifique, résulte souvent d'une longue et lente maturation au cours du développement de ce domaine et de l'avancée des connaissances théoriques. L'usage des coefficients aérodynamiques est un exemple de cette évolution qui commença au milieu du XVIIIe siècle pour s'achever, avec une formulation définitivement admise par la communauté scientifique, au début des années 1920.

International audience; An experimental study of the interaction between two airfoils, corresponding to a T-tail aircraft configuration, is implemented in a wind tunnel for a range of medium Reynolds numbers. Measurement of aerodynamic forces is carried out by strain gauges and the velocity field is obtained by particle image velocimetry. The study focuses on large angles-of-attack configurations, corresponding to detached flows on the airfoils and the presence of a downstream vortex shedding. Phase averages of the velocity fields are made building the flow time development. A lift modulation depending on geometric parameters and resulting from different pathlines of the shedding vortices, is discussed.

International audience; Deep stall is a kind of stall affecting aircraft longitudinal dynamics in which the pitch up/down command is almost ineffective. The flight of the tail inside the separated wake of the stalled main wing could be considered as an explanation for the phenomenon. It implies a stable equilibrium at high angle of attack. The analysis is first performed from the observation that the different possible types of time evolutions in the (alpha, q) phase portrait are only in limited number. Then the damping of the short period mode near deep stall is noted to be smaller than the one at low angle-of-attack. At the end, the analysis of the dynamics proves to allow the identification of critical deep stall prone flight conditions without any a priori information on the aircraft.

The dream of flight, first developed by the observation of nature, was inspired from birds and insects. However, the whirling fall and glide of seeds from trees like the sycamore, allowing a wide dissemination of the specie, is an alternative way of flight. That is probably the origin of conception of the Chinese top (reported by Ge Hong circa 400 BC), which is a small toy consisting in two blades attached to a stick, which rotation between the hands of an operator, generates lift and its vertical flight. The idea of using blade rotation, to fly a machine carrying a man, was developed by Leonardo da Vinci at the end of the XVth Century. The development of the helicopter is a step-by-step story resulting from original design ideas, fundamental aerodynamics theories and innovative technical solutions. That course benefitted the internal combustion engine improvements, because of the large power-to-weight ratios needed, and the emergence of light and high-strength materials, but the key of a practical helicopter relied in its control, addressed by the elaboration of the complex mechanical system of the rotor head.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La mesure des trois composantes de la vitesse est obtenue par PIV stéréoscopique avec un algorithme de flot optique. Cette méthode est un outil efficace pour une caractérisation quantitative de champs instantanés tridimensionnels comme les écoulements au sein desquels se développent des structures tourbillonnaires. Ce système est ici appliqué à un écoulement de recirculation dans une cavité, où des instabilités associées à des structures tourbillonnaires sont présentes. Les mesures sont effectuées dans deux plans d'observation orthogonaux pour rendre compte de la structure 3D de l'écoulement.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; National audience; La dimension effective de la dynamique d'un écoulement impactant peut-être considérablement réduite par les conditions aux limites et les oscillations auto induites qu'elles engendrent. Dans ce cas la signature spectrale de ces oscillations est associée à des structures spatiales remarquables que l'on souhaite identifier. La méthode de décomposition en modes dynamique (DMD) utilisant l'opérateur de Koopman, permet justement d'extraire directement les caractéristiques des modes de Fourier d'un écoulement qui est établi et donc non-linéairement saturé. Nous appliquons la DMD pour mettre en évidence la contribution spectrale des structures longitudinales et transversales de l'écoulement en cavité ouverte.

We are interested in the development of centrifugal instabilities in an open cavity flow. Several works deal with cavity flows but very often these studies concern the shear layer and the acoustic of that two dimensional instability. We present here the development of a three dimensional instability, resulting in Taylor-Görtler-like vortices which are created by the curvature of the recirculation and its confinement by the walls. This primary instability manifests itself in the form of pairs of counter-rotating tori and the dynamic of these structures depends on experimental parameters - Reynolds number based on the cavity depth and the aspect ratio. For distinctive values of parameters, that primary instability exhibits a spanwise drift. A parametric study has been realized with flow visualization and revealed, for different parameters, a secondary instability. In flow visualizations, that instability shows axial movement out of phase between vortices of the same pair.

National audience; Les structures intra-cavitaires d'un écoulement de cavité ouverte sont identifiées, pour la première fois, par une analyse en modes dynamiques sur des champs de vitesse mesurés dans un plan transverse horizontal. L'organisation spatiale et la dynamique de ces structures est discutée.

International audience; Experimental measurement of the three compo-nents of velocity inside a plane is addressed with the stereoscopic particle image velocimetry (PIV) using an optical flow algorithm. This technique is a valu-able diagnostic tool for quantitative instantaneous de-scription of three-dimensional (3D) turbulent flows, as those dominated by vortex motion.

8 pages; National audience; L'interaction d'un écoulement de couche limite avec une cavité ouverte développe une instabilité de Kelvin-Helmholtz et une recirculation dans la cavité. Apparaissent alors, pour certaines conditions, des instabilités centrifuges induites par la courbure de l'écoulement imposée par le confinement des parois. Une exploration du champ de vitesse par PIV dans deux plans orthogonaux fournit la structure de l'écoulement incompressible pour une gamme de nombres de Reynolds compris entre 1 900 et 10 000. L'utilisation d'un critère d'identification de structures tourbillonnaires permet de déterminer la présence de ces instabilités centrifuges, à partir de mesures PIV. Par ailleurs, le discriminant de Rayleigh indique l'étendue des zones potentiellement instables dans la cavité. Enfin, la mesure d'un paramètre de contrôle du degré de stabilité de l'écoulement donne le seuil d'apparition des instabilités centrifuges. Une comparaison avec un entraînement du fluide par un couvercle mobile achève l'étude.

6 pages; National audience; L'interaction d'un écoulement de couche limite avec une cavité ouverte développe une instabilité de Kelvin-Helmholtz et une recirculation dans la cavité. Apparaissent alors, pour certaines conditions, des instabilités centrifuges induites par la courbure de l'écoulement imposée par le confinement des parois. Une exploration du champ de vitesse par PIV dans deux plans orthogonaux fournit la structure de l'écoulement incompressible pour une gamme de nombres de Reynolds compris entre 1 900 et 10 000. L'utilisation d'un critère d'identification de structures tourbillonnaires permet de déterminer la présence de ces instabilités centrifuges, à partir de mesures PIV. Par ailleurs, le discriminant de Rayleigh indique l'étendue des zones potentiellement instables dans la cavité. Enfin, la mesure d'un paramètre de contrôle du degré de stabilité de l'écoulement donne le seuil d'apparition des instabilités centrifuges. Une comparaison avec un entraînement du fluide par un couvercle mobile achève l'étude.

A boundary layer interacting with a cavity is a benchmark case that is present in environmental applications, aeronautics, automobile aerodynamics or industrial applications, where the velocity over a rectangular cavity is relatively low. In the present investigation, the interaction between a laminar boundary layer with external velocity Ue and an open cavity is investigated experimentally for medium range Reynolds numbers (between 4600 and 18500) with flow diagnostics optical methods, for a cavity aspect ratio (length over depth) of two. A shear layer induces a main vortex and a counter-rotating secondary vortex inside the cavity. The shear layer also develops instabilities interacting with the downstream cavity edge. Particle image velocimetry (PIV) and laser Doppler velocimetry (LDV) measurements are synchronized in order to get global information of both spatial velocity fields and time-resolved signals in a particular position situated downstream of the development of the shear layer above the cavity. The PIV velocity fields are phase-averaged with a singular value decomposition of the LDV signal., Comment: 8 pages

7 pages; L'interaction entre une couche limite laminaire et une cavité ouverte est étudiée expérimentalement pour des nombres de Reynolds modérés. Les techniques mises en œuvre sont la vélocimétrie par images de particules (PIV), la vélocimétrie laser Doppler (LDV) et la visualisation dans deux plans parallèles éclairés avec des longueurs d'onde différentes afin de mettre en évidence les structures tridimensionnelles de l'écoulement. La dynamique d'une couche de cisaillement est ainsi présentée et l'analyse spectrale de l'évolution temporelle de la vitesse fait apparaître des modes caractéristiques. La représentation par spectrogramme permet d'identifier ces modes et de déterminer leur caractère intermittent.

8 pages; L'étude du champ de vitesse à l'intérieur d'une maquette d'échangeur de chaleur en eau à l'échelle 1 est réalisée par vélocimétrie par images de particules. La géométrie tridimensionnelle de l'installation, ses faibles dimensions et la nature fortement instationnaire de l'écoulement imposent le choix de ce moyen de mesure. Un filtrage est appliqué aux images enregistrées, avant traitement par un algorithme de flot optique utilisant une programmation dynamique. Les déformations dues à la présence de dioptres optiques sont corrigées. Les mesures mettent en évidence de fortes variations de débit à travers les différents tubes de l'échangeur et un caractère non établi de l'écoulement. L'analyse des champs turbulents confirme ce comportement.

L'étude générale de l'écoulement dans une maquette d'échangeur thermique faisant partie d'une structure d'accélérateur linéaire de protons, menée au Laboratoire d'Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l'Ingénieur en collaboration avec l'Institut de Physique Nucléaire d'Orsay, se décompose en trois phases successives : 1. mesure de la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la maquette, 2. mesure du champ moyen de vitesse dans un tube isolé, 3. mesures du champ moyen de vitesse dans chacun des tubes de la maquette. L'objectif de ce rapport d'essais est de présenter les résultats obtenus pour les phases 1 et 2. Un rapport d'essais sera livré à l'issue de la phase 3 et un rapport de synthèse finale présentera l'analyse de l'ensemble des résultats.

International audience

The enhancement of high altitude drone endurance compels to design very flexible high-aspect-ratio composite airframe vulnerable to destructive fluid/structure interaction like flutter or torsional divergence. Extensive research has been conducted to increase critical speed without being at the expense of weight balance. One of the promising solutions is the aeroelastic tailoring which consists in a specific configuration of laminated composite layup. The present work uses an aeroelastic reduced order model, namely GEBTAero, suitable for the non linear anisotropic behavior of this kind of composite wing, able to quickly compute aeroelastic critical speeds. Particular focus is put on a wind tunnel test campaign conducted on a set of three-ply composite flexible plates, in order to assess the accuracy of GEBTAero.