Drag reduction of aDrag reduction of a Ahmed body using pulsed jetsInternational Forum of Flow Control (IFFC – 2)

P. JOSEPHInstitut AéroTechnique (IAT)

X. AMANDOLESEAerodynamics Department

J‐L. AIDERPMMH Laboratory

CNAM, Francepierric.joseph@cnam.fr

CNAM, Francexavier.amandolese@cnam.fr

UMR 7636 CNRSESPCI ParisTech, Franceaider@pmmh.espci.fr

Acknowledgements :Acknowledgements :This work was carried out in the framework of a ANR research programme (CARAVAJE) supported by ADEME.

Introduction• CARAVAJE Project :

« Control of the external aerodynamics of automotive– « Control of the external aerodynamics of automotive vehicles by pulsed jets »

– Partnership between seven industrials and laboratoriesPartnership between seven industrials and laboratories– Thematic ANR project financed by ADEME

FLOWDITMicrotechnology and FluidMicrotechnology and Fluid Mechanicswww.flowdit.com

Drag reduction of a Ahmed body using pulsed jets  ‐ IFFC‐2  ‐ Pierric JOSEPH 2

Summaryy• Experimental setup

• Experimental measurements

• Reference results

• Pulsed jets actuation

• Control results

• Conclusion

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Experimental setupp p• Reference Ahmed body model

– Standard dimensions with 25° slant angle.

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Experimental setupp p• S4 wind tunnel facility, at Institut AéroTechnique 

5m x 3m cross section(turbulence ≈ 1% ; wind ‐ speed up to 40 m/s). Raised floor with 

airfoil shaped leading edge.

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Experimental measurementsp• Drag measurements

d d b l– 6 components unsteady aerodynamic balance.– Precision < 0,5 %.

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Experimental measurementsp• Wall measurements :

– 127 pressures taps.– Surface oil flow visualisation. 

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Experimental measurementsp• Wake measurements :

– 2,5D exploration device.b (h l h l )– Various probes (hot wire, Kiel, 7 holes…).

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Reference results• Boundary layers measurements – incoming flow

d l f l di d /3,0

Boundary layer ‐ 0,7 m after leading edge ‐ 20 m/s

x = 0,7 m ; Ue = 20 m/s

2,0

2,51/8 th Power law

1,0

1,5y/δ

0,5

1,0

δ = 25 mm H = 1,25     

0,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

u/Ue

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u/Ue

Reference results• Boundary layers measurements – incoming flow  

d l b f l d /3,0

Boundary layer ‐ 0,1 m before slant edge ‐ 20 m/s

x = 0,1 m ; Ue = 20 m/s

2,0

2,51/8 th Power law

1,0

1,5y/δ

0,5

1,0

δ = 24 mm H = 1,21      

0,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

u/Ue

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u/Ue

Reference results• Drag results

0,335

0,34

0 32

0,325

0,33

C x

0 31

0,315

0,32

0,305

0,31

1,00E+06 1,50E+06 2,00E+06 2,50E+06 3,00E+06

– Significant Reynolds effect.– Consistent with reference results ([Ahmed 1984] : Cx = 0,285 for Re ≈ 

Re

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([ ] ,4,2 x 106).

Reference results• Wall pressure and visualisations measurements

Measurements localizationlocalization

– Reynolds effect on the recirculation bubble and surface pressure di t ib ti

Re = 1,4 x 106  Re = 2,1 x 106  Re = 2,8 x 106 

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distribution.

Reference results• Wake measurements Re = 1,4 x 106

144 mm  behind model

Position of the 

behind model

measurements plan 

– Kiel probe measurements.– Flow structure consistent withFlow structure consistent with 

classical Ahmed topology [Ahmed 1984].

–

Total pressure loss

With PTA the undisturbed flow total pressure and PTM the wake total pressure.

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Total pressure loss coefficient (Cpi)

Reference resultsSlantheight

• Unsteady measurements in wake (Kiel and hot wire)

Location Frequency (Hz) – 20 m/s Strouhal (Slant height based) – 20 m/s

32 Hz 0,15

32 Hz 0,15

32 Hz 0,15

140 Hz 0,66

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Reference results• Unsteady measurements in wake (Kiel probe)

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Reference results• Unsteady measurements in wake (Kiel probe)

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Pulsed jets actuationj• Control system description

– Open loop system with solenoid valve :• Frequency from 5 Hz to 300 Hz.• Speed up to 80 m/s – 90 m/s (depends on exhaust geometry).

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Pulsed jets actuationj• Control system description

Solenoid Valves (Matrix Ltd document).

Component implantation inside Ahmed model. 

J h ( l d )

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Jets exhaust (near slant edge).

Pulsed jets actuationj• Control system location

Continous line Broken line

Winglets

– 2 blowing locations : « roof end » and « slant top edge »– 3 exhaust geometries. 

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Control results• Influence of the forcing parameters on drag

d (m

/s)

d (m

/s)

Broken line – roof end Winglets– roof end

Jets Spe

ed

Jets Spe

ed

s))

Frequency (Hz) Frequency (Hz)

Continious line – slant top edge Broken line – slant top edge

s Spe

ed (m

/s

Speed (m

/s

Jets

Jets 

Frequency (Hz) Frequency (Hz)Drag reduction 

(%)

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(%)

Control results• Influence on the local pressure – slant surface

Drag Upper slant surface pressure

 (m/s)

Broken line – roof end Winglets– roof end

(m/s)

(m/s)

m/s)

Broken line – roof end Winglets– roof end

Drag Upper slant surface pressure

Jets Spe

ed

Jets Spe

ed 

Jets Spe

ed (

Jets Spe

ed (m

Frequency (Hz)

Continious line – slant top edge Broken line – slant top edge

Frequency (Hz) Frequency (Hz) Frequency (Hz)

Continious line – slant top edge Broken line – slant top edge

Speed (m

/s)

Speed (m

/s)

peed

 (m/s)

Speed (m

/s)

Jets S

Jets 

Jets Sp

Jets S

Frequency (Hz) Frequency (Hz) Frequency (Hz) Frequency (Hz)

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Drag reduction (%)

Pressure variation (%)

Control results• Influence on the local pressure – vertical surface

Drag Vertical surface pressure

 (m/s)

Broken line – roof end Winglets– roof end

(m/s)

(m/s)

m/s)

Broken line – roof end Winglets– roof end

Drag Vertical surface pressure

Jets Spe

ed

Jets Spe

ed 

Jets Spe

ed (

Jets Spe

ed (m

Frequency (Hz)

Continious line – slant top edge Broken line – slant top edge

Frequency (Hz) Frequency (Hz) Frequency (Hz)

Continious line – slant top edge Broken line – slant top edge

Speed (m

/s)

Speed (m

/s)

peed

 (m/s)

Speed (m

/s)

Jets S

Jets 

Jets Sp

Jets S

Frequency (Hz) Frequency (Hz) Frequency (Hz) Frequency (Hz)

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Drag reduction (%)

Pressure variation (%)

Conclusion• Effective experimental setup.Si ifi d d i• Significants drag reduction.

SetupDrag reduction Frequency St. Jet Speed

Setup(%) (Hz) (slant height based) (m/s)

Broken line – roof  7,8 140 0,66 77

l l d 7 5 75 0 3 22Continious line – slant edge 7,5 75 0,35 22

Broken line – slant edge 6,3 260 1,22 41

Winglets – roof 6,9 240 1,13 75

• Begining of comprehension of Cx reduction mecanisms.

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Perspectivesp• Extensive parametric study : position, exhaust geometry forcing parametersgeometry, forcing parameters

• Highlight the fluid ‐mechanisms involved by• Highlight the fluid ‐mechanisms involved by unsteady pression and flow analysis

• Tests of MEMS actuators for better performance and• Tests of MEMS actuators for better performance and efficiency.

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