Proposition de sujet de thèse CIFRE

Proposition de sujet de thèse CIFRE - 2013
Renault Trucks/Centre Acoustique (LMFA UMR 5509)
Titre
Contrôle actif d’écoulement par association de volets et d’injection fluidique : application à la
réduction de traînée de véhicules grand routiers
Contexte industriel et scientifique
Dans un contexte de réduction des coûts d’exploitation, il est aujourd'hui indispensable pour
un constructeur comme Renault Trucks de se doter de technologies innovantes afin de proposer à
ses clients des véhicules économes. Si dans un environnement urbain, les énergies renouvelables ou
l'hybridation semblent des pistes à privilégier, l'aérodynamique fait partie des axes prioritaires de
travail pour les véhicules grand routiers. En effet, l’importance de la consommation en carburant et
du kilométrage pour ces véhicules conduit Renault Trucks à explorer des solutions permettant de
diminuer la force de traînée aérodynamique. Un certain nombre de solutions concernant l’optimisation
aérodynamique de la cabine, de sa liaison avec la remorque, des interactions remorque pneumatique
et du sillage de la remorque ont été mises en œuvre grâce à des procédés passifs (volets, courbure
de parois, etc…).
Néanmoins, ces solutions présentent des limites quand il s’agit de les appliquer à
l’optimisation de l’écoulement dans le sillage de la remorque, la géométrie étant celle d’un corps à
culot droit, avec un rapport de forme différent de celui rencontré pour les véhicules de tourisme ou les
véhicules utilitaires de petite capacité. C’est pourquoi Renault Trucks évalue le potentiel de solutions
combinant des éléments passifs tels que des volets déflecteurs, à des actionneurs actifs de type jet
synthétique ou jet pulsé. Ces derniers permettent d’introduire à un coût énergétique réduit une
perturbation aérodynamique locale dont l’interaction avec l’élément passif et l’écoulement de sillage
est susceptible de modifier la topologie du sillage à l’échelle de la remorque, et donc d’obtenir une
répartition de pression au culot allant dans le sens d’une réduction de la traînée aérodynamique
globale.
Contexte administratif
Le sujet s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre :
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Renault Trucks SAS, entité du groupe Volvo AB, au sein du service Etudes Cabines
situé à Saint-Priest ;
le Centre Acoustique du Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
(UMR 5509), dans les locaux de l’Ecole Centrale de Lyon à Ecully.
Etat de l’art
Dans le cadre d’un précédent travail de thèse CIFRE, une première approche du problème a
été menée afin de prendre en compte certaines spécificités de l’écoulement derrière une remorque
de véhicule grand routier. Ces travaux ont conduit dans un premier temps à la réalisation d’essais sur
des maquettes bidimensionnelles simplifiées afin d’évaluer les effets aérodynamiques de dispositifs
combinant des éléments passifs de type volet déflecteur (disposé sur l’arête supérieure du culot de la
maquette) avec des actionneurs (de type jet synthétique ou jet pulsé intégrés) [1]. En particulier,
l’importance des effets de sol dans ces processus d’interaction aérodynamique a été caractérisée [2].
Dans un second temps, une maquette simplifiée 3D de remorque a été réalisée à l’échelle 1/8ème afin
de permettre l’implantation de tels dispositifs [3]. Des essais en soufflerie combinant l’utilisation de
différentes métrologies (pression pariétale, fil et film chaud, PIV, ..) synchronisées avec le signal de
commande des actionneurs ont montré qu’une telle solution peut fournir un gain en traînée, à
condition de bien définir les paramètres d’actionnement, ainsi que différents éléments géométriques
du volet déflecteur.
Objectifs de la thèse
Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans la continuité du travail précédent, afin de :
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progresser dans la compréhension des mécanismes aérodynamiques d’interaction entre la
perturbation aérodynamique issue de l’actionneur intégré sur l’élément passif et le sillage de
la remorque. Cet apport servira l’important travail d’optimisation qu’il reste à effectuer sur
la géométrie de la fente de soufflage et son implantation sur l’élément passif. La limitation
du nombre de paramètres passe par une meilleure connaissance de l’écoulement
instationnaire aussi bien à grande échelle (celle de la remorque), qu’à une échelle plus
réduite (celle du volet déflecteur) ;
évaluer l’intérêt d’utiliser des actionneurs simultanément sur le volet supérieur et sur les
volets latéraux disposés au culot de la remorque. L’action combinée d’un volet passif disposé
sur l’arête supérieure de la remorque et d’un actionneur intégré au volet conduit en effet à
une vectorisation globale de l’écoulement en direction du sol dans le proche sillage et une
croissance des pressions au culot, à condition de bien choisir les paramètres d’actionnement.
L’objectif est de déterminer si des actionneurs supplémentaires disposés sur les volets
latéraux permettent d’obtenir de façon similaire un rétrécissement global du sillage de la
remorque dans sa direction latérale, accompagné d’une augmentation des pressions au
culot ;
comparer la robustesse de solutions soit purement passives, soit combinant des éléments
passifs et actifs (actionneurs), vis-à-vis d’un paramètre tel que la présence d’un vent latéral.
En effet, eu égard aux dimensions de la remorque d’un véhicule grand routier, la sensibilité
au vent latéral est plus grande que pour un véhicule de tourisme ; par conséquent,
l’évaluation de l’intérêt et de la robustesse d’une solution technique potentiellement
réductrice de traînée aérodynamique passe par une mise en dérapage du véhicule par
rapport à la direction du vent incident. Il importe ici de savoir si l’adjonction d’un actionneur
actif confère une plus grande robustesse que l’utilisation d’un volet passif seul vis-à-vis d’un
paramètre tel que le dérapage.
Les différents items seront abordés par voie expérimentale, en combinant des
techniques d’imagerie avec différents outils métrologiques visant soit à une mesure globale
de la force de traînée, soit à des mesures plus locales basées sur des métrologies de type fil
chaud, capteurs de pression instationnaire implantés en paroi.
Profil et compétences recherchés
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diplômé(e) d’un master de recherche en mécanique des fluides et/ou
aérodynamique ou d’une école d’ingénieur avec une spécialisation dans les mêmes
domaines.
instrumentation (pression, fil chaud, PIV, …) ; connaissance de Matlab, Labview
intérêt pour la recherche appliquée
bonne maîtrise de l’anglais
qualités relationnelles reconnues
Date de démarrage : rentrée universitaire 2013
Contacts
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Damien CHACATON, Volvo GTT
Marc MICHARD (contact pour le LMFA)
Thomas CASTELAIN (LMFA)
Daniel Juvé (LMFA)
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[1] Chaligné S., Castelain T., Michard M., Juvé D., Active control of the flow behind a twodimensional bluff body in ground proximity, Compte Rendus à l'Académie des Sciences de Paris Mécanique, Vol. 341, Issue 3, pp. 289-297,2013
[2] Chaligné S., Castelain T. ,Michard, M., Jondeau, E. Juvé D.,Contrôle d'écoulement autour d'un
corps non profilé bidimensionnel en interaction avec le sol, 21eme Congrès Français de Mécanique,
Bordeaux, France, 2013
[3] Chaligné S., Castelain T., Michard M., Chacaton D., Juvé D., Contrôle du sillage d'un obstacle à
culot droit en interaction avec le sol : association d'un jet synthétique et d'un élément déflecteur,
GdR Contrôle des écoulements, Université Paris-Sud 11, Orsay , 15-16 novembre, 2012