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Barth, Marcus (2011)
Languages: French
Types: Article
Subjects: CFD, Modèles de turbulence, Configurations hypersustentées, CROR, Effet de sol, Effet moteur, 532
La prévision de l’aérodynamique des configurations complexes d’avion joue un rôle central dans le développement des avions, tant en termes de conception (e.g. l’optimisation des éléments hyptersustentateurs) qu’en termes de prévision des caractéristiques aérodynamiques de l’avion (e.g. la prévision des performances et des qualités de vol). Cette thèse s’attache uniquement au deuxième aspect, c’est-à-dire à la prévision des caractéristiques aérodynamiques de l’avion. Les configurations d’avion étudiées comprennent des configurations d’avion hypersustentées et des configurations innovantes équipées de moteurs à hélices contrarotatives (CROR). La thèse s’articule en trois parties. Dans la première partie, les méthodes numériques pour l’aérodynamique des configurations d’avion hypersustentées sont étudiées, en s’attachant à la modélisation de la turbulence. Cette étude amène ainsi à la définition de la stratégie de simulation. Dans la deuxième partie, cette stratégie de simulation est appliquée à un avion en configuration hypersustentée afin de mieux comprendre l’impact de l’effet de sol et de l’effet de jet sur ses caractéristiques aérodynamiques. L’analyse des résultats numériques pose les bases d’une nouvelle approche pour la modélisation de ces effets. La troisième partie s’intéresse à l’aérodynamique des moteurs à hélices contrarotatives. La stratégie de simulation est étendue au CROR et validée sur la base d’essais en soufflerie. Cette stratégie de simulation est ensuite appliquée à un avion de concept à basse et à grande vitesse afin de déterminer l’impact du CROR sur ses caractéristiques aérodynamiques. Les résultats des présents travaux permettent ainsi de fournir des prévisions des caractéristiques aérodynamiques de l'avion sur une large gamme d'applications, de mieux comprendre l’aérodynamique des configurations complexes d’avion et donc d’améliorer leur modélisation. The prediction of the aerodynamics of complex aircraft configurations plays a central role in the development of aircraft, both in the design (e.g. the optimisation of high-lift devices) and in the prediction of the aerodynamic characteristics of the aircraft (e.g. the prediction of performances, handling qualities, etc.). This work focuses exclusively on the second aspect, i.e. on the prediction of the aerodynamic characteristics of the aircraft. The considered aircraft configurations include aircraft in high-lift configuration and aircraft equipped with counter-rotating open rotors (CROR). The Ph.D. thesis is organized in three parts. In the first part, the numerical methods for high-lift aerodynamics are studied, focusing on turbulence modelling. This study thus leads to the definition of the simulation strategy. In the second part, the simulation strategy is applied to an aircraft in high-lift configuration in order to better understand the impact of the ground effect and of the jet effect on the aircraft aerodynamic characteristics. Based on the analysis of the numerical results, a new approach for the modelling of these effects is proposed. The third part focuses on CROR aerodynamics. The simulation strategy is extended to CROR engines and validated based on results from wind tunnel testing. This simulation strategy is then applied to a concept aircraft at low and at high speed in order to determine the impact of the CROR on the aerodynamic characteristics of the aircraft. The results of this work therefore allow the prediction of the aerodynamic characteristics of aircraft for a large range of applications, to better understand the aerodynamics of complex aircraft configurations and thus to improve their modelling.

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