Controle des paires de tourbillons en effet de sol

Control of vortex pairs in ground effect Les tourbillons de sillage réels persistent pendant de longues durées, généralement entre une et trois minutes. Cette durée est probablement plus longue dans le pire des cas, lorsque le vent de travers et la turbulence atmosphérique, qui font partie des mécanismes de désintégration turbulente accélérée, sont absents. Au voisinage du sol, cette persistance est compliquée par l'effet de rebond, qui provoque la stagnation des tourbillons au-dessus de la zone de la piste. Le rebond est le résultat de la viscosité agissant sur l'écoulement provoqué par les tourbillons au sol. En l'absence de viscosité, les tourbillons suivent un mouvement hyperbolique dû aux effets d'image du sol. Dans le trafic aérien réel, la présence prolongée des tourbillons limite les fréquences de décollage et d'atterrissage des avions. La manière de contourner les règles et de gagner des fréquences de décollage et d'atterrissage, sans compromettre la sécurité, a été abordée dans des travaux récents. Le contrôle des tourbillons a été au cœur de cette thèse, avec pour objectif de trouver de nouveaux moyens, particulièrement optimaux, pour réduire la durée de vie des tourbillons dans et hors de la proximité du sol. Nous avons exploré plusieurs stratégies théoriques de contrôle, basées sur des techniques de contrôle optimal et de perturbation optimale.Nous avons commencé dans le chapitre [2] par décrire la dynamique des tourbillons dans l'effet de sol.Cet écoulement a ensuite été utilisé pour calculer une stratégie de contrôle optimale basée sur le soufflage et la succion au sol. La motivation derrière ce cadre théorique était basée sur la simplicité a priori d'un tel système, bien que finalement une tentative d'évaluation du coût d'un tel contrôle ait montré la difficulté applicative. Nous avons d'abord montré que l'effet de rebond du vortex pouvait être contré, avec pour conséquence que le vortex contrôlé est capable de suivre une trajectoire de type inviscide, c'est-à-dire une ligne hyperbolique d'abord vers le bas du sol, puis parallèle à celui-ci, vers l'extérieur. En effet, la stratégie de contrôle a permis de doubler la distance latérale des tourbillons. Dans le chapitre suivant, le chapitre [3], nous avons exploré le potentiel d'atténuation des tourbillons dans l'effet de sol en agissant sur la stabilité intrinsèque des tourbillons. En raison de la cinématique particulière des tourbillons dans l'effet de sol (décrite ci-dessus : rebond et bouclage), nous avons employé une stratégie de perturbation optimale linéaire pour décrire la stabilité linéaire des tourbillons, d'abord dans un cadre bidimensionnel, puis en trois dimensions. Nous avons conclu cette analyse linéaire en effectuant des simulations DNS non linéaires de l'écoulement initialisé par une perturbation optimale d'amplitudes finies. Des amplitudes initiales de 0,1 à 10% ont été considérées. Lorsqu'elle est appliquée avec une amplitude de 1% de l'énergie totale, le système s'avère être complètement atténué, développant de la turbulenceen un court laps de temps. La comparaison a été faite avec le système non contrôlé qui, dans le même temps, est resté cohérent. Ceci valide la forte réponse des tourbillons aux perturbations initiales de courte longueur d'onde.Finalement, le chapitre [4] remet en question la localisation des perturbations optimales, telles que celles trouvées dans le chapitre précédent, cependant avec une application limitée au cas d'un seul tourbillon, sans effet de sol, et pour l'écoulement devant une aile, suivant certains travaux antérieurs de la littérature.Habituellement, la distribution spatialement large de la structure de perturbation optimale est une difficulté lorsqu'on cherche des dispositifs de contrôle pour les générer. Une façon de résoudre ce problème est d'optimiser des perturbations plus localisées, ce qui peut être réalisé en utilisant une optimisation sous-optimale, comme l'optimisation de la norme p.