Transonic buffet alleviation on 3D wings: wind tunnel tests and closed-loop control investigations
Contrôle du Buffet sur une aile 3D en écoulement transonique : Essais en soufflerie et mise en œuvre d'un contrôle en boucle-fermée
Résumé
The presented paper gives an overview of several projects addressing the experimental characterization and control of the buffet phenomenon on 3D turbulent wings in transonic flow conditions. This aerodynamic instability induces strong wall pressure fluctuations and therefore limits flight domain. Consequently, to enlarge the latter but also to provide more flexibility during the design phase, it is interesting to try to delay the buffet onset. This paper summarizes the main investigations leading to the achievement of open and closed-loop buffet control and its experimental demonstration. Several wind tunnel tests campaigns, performed on a 3D half wing/fuselage body, enabled to characterize the buffet aerodynamic instability and to study the efficiency of innovative fluidic control devices designed and manufactured by ONERA. The analysis of the open-loop databases demonstrated the effects on the usual buffet characteristics, especially on the shock location and the separation areas on the wing suction side. Using these results, a closed-loop control methodology based on a quasi-steady approach was defined and several architectures were tested for various parameters such as the input signal, the objective function, the tuning of the feedback gain. All closed-loop methods were implemented on a dSPACE device able to estimate in real time the fluidic actuators command calculated mainly from the unsteady pressure sensors data. The efficiency of delaying the buffet onset or limiting its effects was demonstrated using the quasi-steady closedloop approach and tested in both research and industrial wind tunnel environments.
L’objectif de cet article est de donner un aperçu des travaux réalisés dans le cadre de différents projets de recherche visant à étudier et à contrôler expérimentalement le phénomène de tremblement se développant sur une voilure 3D turbulente pour des conditions transsoniques. Cette instabilité aérodynamique induit de fortes fluctuations de pressions pariétales ce qui se traduit par une limitation du domaine de vol. En conséquence, pour traiter cette problématique mais également pour procurer plus de flexibilités dans les phases de conception aéronautique, il est intéressant d’essayer de retarder l’entrée en tremblement. Cet article résume les principales investigations qui ont conduit à la définition de méthodologies de contrôle boucle-ouverte et boucle-fermée et leurs mises en œuvre expérimentales. Plusieurs campagnes d’essais en soufflerie, réalisées sur des demi-maquettes 3D, ont permis de caractériser l’instabilité aérodynamique de tremblement et d’étudier l’efficacité de dispositifs de contrôle fluidique, conçus et fabriqués au sein de l’ONERA. L’analyse des bases de données boucle-ouverte a permis de montrer leurs effets sur les caractéristiques classiques du tremblement, en particulier sur la position du choc ou sur les décollements sur l’extrados d’une voilure. A partir de ces résultats, une méthodologie de contrôle boucle-fermée basée sur une approche quasi-stationnaire a été définie et différentes architectures ont été testées pour différents paramètres tels que le type de signal d’entrée, la fonction objectif utilisée, la méthode d’ajustement du gain de boucle … Toutes les méthodes boucle-fermée ont été implémentées sur un calculateur dSPACE déterminant, en temps réel, la commande des actionneurs fluidiques à partir des données de pression instationnaire. L’efficacité en matière de retard d’entrée en tremblement ou de limitations de ces effets a été démontrée à la fois lors d’essais en soufflerie de type recherche ou industrielle.