Development of innovative solutions for the control of the aerodynamic drag induced by cavity flows
Développement de solutions novatrices de contrôle de la traînée aérodynamique induite par des écoulements de cavités
Résumé
This work concerns the analysis and control of the flow over cavities, which have the particularity of being laterally open and near a wall, with the aim of developing drag control solutions induced by bogie cavities of high-speed trains. To study this configuration, representative of railway cavities and known to be less sensitive to acoustic noise than cavities with smaller aspect ratios, experimental tests and numerical simulations (IDDES) were conducted. The motivations of our research focus on identifying the relationships between the flow and the aerodynamic loads applied on the cavity on one hand, and on the control of induced drag on the other hand. In this context, synchronized PIV-wall pressure tests were specifically conducted in addition to force measurements aimed at quantifying the contribution to drag (and thus to resistance to motion) of the cavity. These recent developments also allowed us to identify and parameterize a continuous blowing active control solution, based on reducing momentum at the cavity interface and underbody flow rate. The maximum associated drag reductions are around 20% for an empty cavity geometry and around 15% for a cavity including the bogie.
Ce travail concerne l’analyse et le contrôle de l’écoulement affleurant des cavités présentant la particularité d’être ouvertes latéralement et à proximité d’une paroi, avec pour visée applicative le développement de solutions de contrôle de la trainée induites par les cavités bogie de trains à grande vitesse. Pour étudier cette configuration, représentative des cavités ferroviaires et réputée moins sensible au bruit acoustique que les cavités présentant des rapports d’aspect plus petits, des essais expérimentaux ainsi que des simulations numériques (IDDES) d’accompagement ont été entrepris. Les motivations de nos recherches portent sur l’identification des liens entretenus entre l’écoulement et les charges aérodynamique appliquées sur la cavité d’une part et sur le contrôle de la trainée induite d’autre part. Dans ce cadre des essais synchronisés PIV-pression pariétales ont été spécifiquement menés en complément des mesures de forces visant à quantifier la contribution à la traînée (donc à la résistance à l’avancement) de la cavité. Ces derniers développements nous ont également permis d’identifier et de paramétrer une solution de contrôle actif par soufflage continu, basée sur la réduction de la quantité de mouvement à l’interface de la cavité et de débit sous caisse. Les gains de traînée maximum associés sont de l’ordre de 20% pour une géométrie de cavité vide et de l’ordre de 15% pour une cavité avec son bogie.