CETTE ETUDE TRAITE DE L'INTERACTION TRIDIMENSIONNELLE ONDE DE CHOC/COUCHE LIMITE TURBULENTE, QUI EST UN PHENOMENE D'UN GRAND INTERET PRATIQUE POUR LES AVIONS SUPERSONIQUES. L'INTERACTION EST INDUITE PAR UNE PLAQUE PLANE A BORD D'ATTAQUE ARRONDI, MONTEE PERPENDICULAIREMENT A LA PAROI INFERIEURE D'UNE SOUFFLERIE. LES CHAMPS DE VITESSES MOYENNES ET TURBULENTES SONT MESURES DANS DES PLANS LONGITUDINAUX, A L'AIDE D'EXPLORATIONS PAR VELOCIMETRIE LASER TRIDIMENSIONNELLE, COMPLETEES PAR DES RELEVES DE PRESSION PARIETALE, ET PAR DES VISUALISATIONS DE LIGNES DE FROTTEMENT. LA STRUCTURE DE CHOCS EN LAMBDA ET L'ORGANISATION TOURBILLONNAIRE DE L'ECOULEMENT DECOLLE SONT EXAMINEES. LES PROPRIETES DE LA TURBULENCE SONT ANALYSEES, NOTAMMENT EN RELATION AVEC LA STRUCTURE DU CHAMP MOYEN. LE TRAINAGE DES PARTICULES D'ENSEMENCEMENT EST EVALUE AU VOISINAGE DES CHOCS. CETTE EXPERIENCE EST SIMULEE PAR UN CODE DE RESOLUTION DES EQUATIONS MOYENNEES EN TEMPS DE NAVIER-STOKES COMPRESSIBLES, ASSOCIEES A UN MODELE DE TURBULENCE ALGEBRIQUE DE LONGUEUR DE MELANGE. LA METHODE NUMERIQUE EMPLOYEE SE CARACTERISE PAR UN SCHEMA EXPLICITE CENTRE AVEC UNE APPROCHE VOLUMES FINIS, EN MAILLAGE STRUCTURE. NOUS ANALYSONS L'INFLUENCE DE LA DISTRIBUTION DE VISCOSITE TURBULENTE SUR L'INTERACTION, AINSI QUE L'INDEPENDANCE DU CALCUL VIS A VIS DU MAILLAGE. LA VALIDITE DU MODELE DE TURBULENCE EST DISCUTEE PAR UNE CONFRONTATION AVEC CERTAINS RESULTATS EXPERIMENTAUX

DESCRIPTION DES PHENOMENES PHYSIQUES MIS EN JEU DANS L'INTERACTION ONDE DE CHOC-COUCHE LIMITE. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE DES MOYENS DE TRAITEMENT EXISTANTS. PRESENTATION DE LA NOTION DE COUCHE LIMITE CONSIDEREE COMME UNE APPROXIMATION ASYMPTOTIQUE DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES A GRAND NOMBRE DE REYNOLDS; RELATIONS DE RACCORDEMENT AVEC L'ECOULEMENT EXTERNE. CALCUL DE LA COUCHE LIMITE DANS LE CAS LAMINAIRE. ETUDE EXPERIMENTALE D'UNE INTERACTION SUPERSONIQUE TURBULENTE SE DEVELOPPANT SUR UNE RAMPE PAR ANEMOMETRIE LASER ET VISUALISATION STRIOSCOPIQUE. ETUDE THEORIQUE DE DEUX CAS D'INTERACTION SUPERSONIQUE TURBULENTE

UNE ANALYSE DETAILLEE D'UNE INTRACTION ONDE DE CHOC/COUCHE LIMITE TURBULENTE SOUMISE A UN CONTROLE PASSIF A ETE EFFECTUEE DANS UN CANAL TRANSSONIQUE, AVEC LA PRISE EN COMPTE DES PARAMETRES SUIVANTS: POSITION DU CHOC PAR RAPPORT A LA CAVITE, POROSITE ET DIAMETRE DES TROUS DE LA GRILLE PERFOREE, PROFONDEUR DE LA CAVITE. L'ECOULEMENT EST QUALIFIE AU MOYEN DE VISUALISATIONS STRIOSCOPIQUES, DE MESURES DE PRESSION SUR LES PAROIS DE LA VEINE ET DE SONDAGES AU VELOCIMETRE LASER BIDIRECTIONNEL. UN BILAN DE QUANTITE DE MOUVEMENT REALISE DANS LA REGION DU CONTROLE A PERMIS DE DEGAGER DES CONFIGURATIONS POUR LESQUELLES LA TRAINEE DE FROTTEMENT EST REDUITE PAR RAPPORT AU CAS DE REFERENCE SANS CONTROLE. L'ETUDE THEORIQUE EST BASEE SUR UNE APPROCHE DU TYPE COUCHE LIMITE FAISANT APPEL AUX EQUATIONS DE PRANDTL AU PREMIER ORDRE. LE CHAMP TURBULENT EST DEFINI A L'AIDE DE MODELES A L'EQUILIBRE OU A EFFET D'HISTOIRE. LES MODIFICATIONS DUES AU CONTROLE PASSIF INTERVIENNENT A LA FOIS SUR LE CHAMP MOYEN, VIA L'EXISTENCE D'UNE VITESSE DE TRANSPIRATION POUR LAQUELLE DES LOIS EMPIRIQUES SONT PROPOSEES DONNANT UNE CONDITION A LA LIMITE NON NULLE A LA PAROI ET SUR LE CHAMP TURBULENT, L'EFFET ETANT PRIS EN COMPTE PAR L'INTRODUCTION D'UNE FONCTION D'AMORTISSEMENT DE VAN DRIEST CORRIGEE. UNE CONFRONTATION AVEC CERTAINS RESULTATS EXPERIMENTAUX PERMET DE DONNER DES TENDANCES SUR LA VALIDITE DES MODELES DE TURBULENCE ET DES MODIFICATIONS APPORTEES AFIN DE TENIR COMPTE DU CONTROLE

ETUDE THEORIQUE DE L'INTERACTION D'UNE ONDE DE CHOC AVEC UNE COUCHE LIMITE LAMINAIRE OU TURBULENTE QUI SE DEVELOPPE LE LONG D'UNE RAMPE EN REGIME SUPERSONIQUE OU HYPERSONIQUE. L'ECOULEMENT EST DIVISE EN DEUX REGIONS CONVENABLEMENT RACCORDEES: L'UNE REGIE PAR LES EQUATIONS DE COUCHE LIMITE DU SECOND ORDRE ET L'AUTRE PAR LES EQUATIONS D'EULER. APPROXIMATION ASYMPTOTIQUE. OPTIMISATION DE DIFFERENTES METHODES DE CALCUL

ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE L'INTERACTION TRIDIMENSIONNELLE D'UNE COUCHE LIMITE ET D'UNE ONDE CHOC EN DERAPAGE PAR RAPPORT A L'ECOULEMENT PRINCIPAL. LE PHENOMENE EST ETUDIE POUR UN CORPS DE REVOLUTION FORME D'UN CYLINDRE CREUX AVEC UNE "JUPE". LA COMPOSANTE TRANSVERSALE DE LA VITESSE DANS LA COUCHE LIMITE EST OBTENUE PAR LA ROTATION RAPIDE DU MODELE AUTOUR DE SON AXE DE SYMETRIE. CALCUL DE L'EFFET DE L'ECOULEMENT TRANSVERSAL SUR L'INTERACTION PAR UNE METHODE DERIVEE DE LA METHODE INTEGRALE DE LEES ET REEVE. ON SE BASE SUR LES SOLUTIONS SEMBLABLES DES EQUATIONS DE COUCHE LIMITE D'UN CYLINDRE EN ROTATION DANS UN ECOULEMENT AXIAL COMPRESSIBLE

Afin de concevoir des systèmes de propulsion innovants, l'amélioration des performances des prises d'air supersonique constitue un enjeu majeur. En particulier, les écoulements intervenant au sein des entrées d'air et/ou de diffuseurs supersoniques mettent en jeu des phénomènes complexes associés aux diverses échelles spatiales et temporelles: dynamique de la turbulence pariétale, interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente, décollements tridimensionnels et effets de coins. Malgré les contributions significatives et récentes des simulations numériques de haute fidélité sur les instationnarités de l'interaction onde de choc/couche limite sans paroi latérales, peu d'études numériques ont été menées sur l'influence des coins dans la dynamique de l'écoulement. En présence de parois latérales et à des nombres de Mach suffisamment élevés, l'interaction se modifie et un train de choc se forme dans le diffuseur. Dans le cadre de cette thèse, les équations de Navier-Stokes en régime compressible sont résolues à l'aide de schémas d'ordre élevé. Des simulations en régime supersonique de l'écoulement dans des diffuseurs rectangulaires de largeurs différentes sont effectuées. L'étude permet la mise en évidence de l'influence du confinement et des effets de coins. Une deuxième partie de l'étude est consacrée à la compréhension des instationnarités générées par un train de choc dans un diffuseur rectangulaire à l'aide d'outils de post-traitement avancés: décomposition modale dynamique et périodogramme. Les résultats montrent la présence d'un possible phénomène de résonance du diffuseur à des fréquences proches de celles émises par l'écoulement.

CETTE ETUDE EXPERIMENTALE PORTE SUR LA STRUCTURE D'UNE COUCHE LIMITE TURBULENTE SUPERSONIQUE. DANS DES CONDITIONS DELICATES, LES DONNEES ACQUISES PAR VELOCIMETRIE LASER DOPPLER SONT DEFINIES COMME REPRESENTATIVES DES PHENOMENES PHYSIQUES. L'ETUDE DE LA COUCHE LIMITE SUPERSONIQUE SANS GRADIENT DE PRESSION MONTRE QUE LE COMPORTEMENT DE LA TURBULENCE EST PROCHE DU MODELE INCOMPRESSIBLE, POUR LES NOMBRES DE REYNOLDS ET DE MACH CONSIDERES. L'ANALYSE PORTE ENSUITE SUR L'INTERACTION ENTRE UNE COUCHE LIMITE ET UNE ONDE DE CHOC INCIDENTE, QUI PROVOQUE SON DECOLLEMENT ET GENERE UNE ONDE DE CHOC REFLECHIE, PUIS UN EVENTAIL DE DETENTE. EN AVAL DE L'INTERACTION, LES EFFETS DE CETTE PERTURBATION SUR LA STRUCTURE DE LA COUCHE LIMITE PEUVENT ETRE ASSIMILES A CEUX D'UN GRADIENT DE PRESSION ADVERSE. A TRAVERS LE CHOC REFLECHI, LA PRODUCTION DE TURBULENCE EST FORTEMENT AMPLIFIEE. AU-DESSUS DE LA ZONE DE RECIRCULATION, LA CONJUGAISON DES EFFETS DE COMPRESSION ET DE COURBURE DES LIGNES DE COURANT PROVOQUE UN CHANGEMENT DE SIGNE DE LA TENSION DE CISAILLEMENT. UNE ZONE DE PRODUCTION NEGATIVE D'ENERGIE CINETIQUE DE LA TURBULENCE EST EGALEMENT MISE EN EVIDENCE, INDIQUANT QUE LE TRANSFERT D'ENERGIE DU MOUVEMENT MOYEN VERS LE MOUVEMENT TURBULENT EST LOCALEMENT LIMITE, VOIRE INVERSE