Évaluation des performances aérodynamiques et du bilan propulsif généralisé dun avion par une...

Évaluation des performances aérodynamiques et du bilan propulsif généralisé d’un avion par une méthode

d’extraction numérique en champ lointain

Aurélien ARNTZDoctorant 1ère année

DAAP/ACI

Directeur de thèse : Alain MERLENEncadrants ONERA : Olivier ATINAULT & Daniel DESTARACBourse : ONERA

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Contexte

• Contraintes environnementales et énergétiques fortes :• ACARE : NOx -80% et CO2 -50% sur période 2000 → 2020[1],• Coût carburant multiplié par 11 (B777) sur période 2003 → 2011[2], • Nécessité de prédire précisément performances avion.

• État de l’art :• Partage poussée-traînée = convention motoriste-avionneur,• Distinction/séparation possible entre poussée et traînée.

• Adapté pour conf. conventionelle en croisière avec turboréacteurs montés sur mât.

• Ses limites :• Moteurs semi-enterrés,• Prélèvements d’air,• Échangeurs thermiques,• Tuyères non amorcées.

[1] : ACARE, Volume 2, The Challenge of the Environment, Strategic Research Agenda 1, October 2002.[2] : Cochennec, Y., Air Austral réduit la voilure, AIR & COSMOS – N° 2291, p. 40, 9 décembre 2011.[3] : Lee B. J. et al., Optimizing a Boundary-Layer-Ingestion Offset Inlet by Discrete Adjoint Approach, Journal of Aircraft, Vol.48, No.9, p. 2008-2016, September 2010.

Fig. 1 : Exemple de moteur semi-enterré [3]

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Approche proposée

• Bilan propulsif généralisé des énergies/puissances mises en jeu [4] :• Cohérent avec approches précédentes,• Applicable à tout type de propulsion :

• Jet / turbofan / turboprop / …• Applicable à tous types d’installation motrice :

• Moteurs montés sur mât / semi-enterrés• Définitions moins ambiguës de poussée et traînée.

• Déroulement :• Analyse théorique puis implémentation numérique,• Validation : cas tests simplifiés → cas tests complexes.

• Spécificités de l’approche :• Codage en Fortran, • Maillages (non-)structurés, • Approche champ lointain [5] :

• Décomposition physique,• Identification spatiale des sources.

[4] : Drela, M., Power Balance in Aerodynamic Flows, Journal of Aircraft, Vol.47, No.7, p. 1761-1771, July 2009.[5] : Destarac, D., Far-field / Near-field Drag Balance and Applications of Drag Extraction in CFD.

VKI Lecture Series, CFD-Based Aircraft Drag Prediction and Reduction. Hampton, VA, 3-7th November 2003.

Fig. 3 : Volume de choc (rouge), volume visqueux (gris), jet (orange)

Fig. 2 : Exemple type de configuration non conventionnelle avec moteurs semi-enterrés