DÉcollements COMpressibles et OScillations auto induites – DECOMOS

Nous aborderons dans ce projet, les problèmes liés au développement d'instationnarités dans les écoulements compressibles décollés. Par instationnarités, nous considérons des phénomènes à des échelles temporelles et spatiales définies non pas par l'écoulement amont, mais par la zone décollée elle-même. On sait que dans le cas des écoulements décollés, des oscillations de la zone décollée apparaissent à très basse fréquence, au moins deux ordres de grandeurs en dessous des échelles énergétiques de la couche limite amont. On observe également le développement de grandes structures convectives au sein du décollement impliquant des échelles de temps intermédiaire. Le principal objectif de ce projet est donc d'identifier des comportements génériques aux écoulements séparés ainsi que les principaux paramètres qui contrôlent le développement de ces instationnarités basse fréquence. Suite à différents travaux, théoriques et expérimentaux, on peut penser que celles-ci sont fortement liées à la dynamique des grandes structures cohérentes qui se développent dans la région décollée. Néanmoins, la description des mécanismes liant ces deux gammes d'échelles est encore incomplète. Or, le nombre de Mach convectif de ces structures, basé sur leur vitesse de convection par rapport à l'écoulement extérieur, peut facilement atteindre des valeurs transoniques. Pour de telles conditions, des effets importants
de compressibilité apparaissent, influençant fortement la dynamique des grandes structures cohérentes. On peut donc suspecter des effets d'importance similaire sur les instationarités basse fréquence de la zone décollée. Le développement de ces grandes structures est associé à celui de la couche de mélange se développant en aval du point de décollement.
Dans le cas de la couche de mélange plane, des analyses de stabilité linéaire ont permis de décrire l'inhibition des modes de Kelvin-Helmholtz, associés au développement des grandes structures cohérentes, quand le nombre de Mach convectif devient transsonique. Dans le cas d'écoulements décollés, l'approximation d'écoulement plan n'est plus acceptable. C'est pourquoi, nous étudierons la possibilité de relier la dynamique basse fréquence de l'écoulement au développement de modes globaux dans la zone de décollement, comme suggéré par des résultats théoriques récents. Différents cas seront considérés, allant de configurations compressibles subsoniques à une réflection d'onde de choc à Mach 2.3. L'analyse des effets de compressibilité, mais aussi des variations de densité liées aux conditions thermodynamiques à la paroi, sera ainsi accessible. De plus, des résultats expérimentaux, numériques et théoriques récents ont montré qu'une organisation tridimensionnelle instationaire pouvait se développer dans ce type d'écoulement lorsque l'intensité du courant de retour devient importante. Cet aspect sera abordé à l'aide de simulations numériques réalisées avec une envergure suffisante ainsi que des expériences adaptées. On propose d'aborder ce problème par trois approches concertées. Les résultats théoriques, expérimentaux et ceux issus des simulations numériques (Large Eddy Simulations) seront confrontés dans le cas particulier de la réflection d'une onde de choc avec décollement, sur paroi adiabatique ou chauffée. Les fortes variations de densité dans l'interaction, liées au chauffage pariétal, permettront de séparer les effets liés à la compressibilité de ceux associés aux variations de masse volumique.
Il semble raisonnable de penser que les résultats issus de cette configuration particulière seront généralisables à d'autres configurations géométriques telles que les rampes de compression, corps émoussés ou tuyère sur-détendues: on a en effet montré que ces différentes configurations présentent de grandes similitudes en ce qui concerne leur dynamique à basse fréquence.