Modélisation numérique de jets transverses : application aux cas des inverseurs de poussée d'un avion en phase d'atterrissage

par Grégory Pinon

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Serge Huberson.

Soutenue en 2005

à Le Havre .


  • Résumé

    Cette étude a pour but de prédire les trajectoire de jets issus des inverseurs de poussée. Ces dispositifs équipent les avions et génèrent une contre-poussée qui permet de freiner l'appareil lorsque celui-ci est au sol en phase d'atterrissage. L'écoulement sort des inverseurs de poussée sous forme de jet. Un tel écoulement est complexe et s'étend sur une grande distance. Nous avons alors opté pour la méthode particulaire de type « Vortex Blob ». Le domaine d'étude est infini, la résolution est instationnaire et la discrétisation limitée aux zones rotationnelles. Celles-ci se retrouvent sous forme de particules porteuses d'une information tourbillonnaire que l'on suit dans leur mouvement de manière lagrangienne. Dans un premier temps, nous passons en revue tous les types d'écoulement de jet et nous ressortons les principales caractéristiques, notamment pour l'écoulement de jet à buse débouchant dans un écoulement transverse où une paire de tourbillons contra-rotatifs apparaît et persiste loin en aval. L'activité tourbillonnaire est intense et l'évolution du jet varie selon le rapport d'injection du jet (vitesse du jet rapporté à la vitesse de l'écoulement transverse). Nous abordons ensuite l'aspect numérique de l'étude présentant la méthode particulaire. Nous utilisons une méthode particulaire tridimensionnelle à laquelle nous avons adapté un algorithme rapide de type « Tree code », un remmaillage global de l'écoulement ainsi qu'un schéma de diffusion de type « Particle strength Exchange » qui peut prendre en compte un modèle de Simulation des Grandes Échelles (SGE). Le code est de plus entièrement parallélisé grâce aux librairies MPI. Puis, nous traitons de manière académique les simulations de jets transverses. Nous observons et étudions l'évolution des structures tourbillonnaires existantes dans de tels écoulements en fonction du rapport d'injection du jet, d'une variation temporelle de la vitesse initiale du jet, etc. . . Dans un dernier temps, nous présentons une méthode hybride de couplage entre des simulations eulériennes et nos simulation lagrangiennes pour traiter des cas industriels. Après une validation de ce méthode de couplage avec décomposition de domaine, nous présentons des simulation complètes d'un avion en phase d'atterrissage. Enfin, nous mettons en évidence un cas de ré ingestion déjà observé expérimentalement en soufflerie.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of transverse jets : applications to thrust reversers jets of an aircraft in a landing phase


  • Résumé

    The aim of this PhD study is to predict the thrust reversers jets trajectories. These devices equip the aircrafts and produce opposite thrust, which brakes the aircraft in landingphase. The flow is ejected from the thrust reversers in a jet like form. This flow is complex and the mains characteristics are present even on a long distance from the nozzle's exit. For this study, we chose the vortex method more especially its « vortex blob » version. The resolution is unsteady and the discretisation is confined to the vortical zones. These zones are represented by vortex particles, carrying vortical information and followed in the flow in a lagrangian way. First, we make a short review of most jet like flows and we focus on their main characteristics, especially form jet issuing from a nozzle into a crossflow, where a contra-rotating vortex pair appears and is long-lived. Vortical structures are numerous in these kind of flow and they mostly depend on the injection ratio (ratio of the jet velocity compared to crossflow velocity). Secondly, treat the numerical aspects of the vortex method method. We use a three-dimensional Vortex Blob method, on which we have implemented a « Tree code » algorithm, a global reggridding of the flow and a « Particle strength Exchange » diffusion scheme, which unables us to use a Large Eddy Simulation (LES) model. On top of that, the whole code is parallelised using the MPI libraries. Then, we present some academical results of crossflow jet simulations. Nous study the temporal evolution of the vortical structures depending on the injection ratio, the temporal evoltion of the jet exit velocity, etc. . . Finally, we present a new hybrid method which couples eulerian simulations to our langrangian simulations in order to treat the industrial flow configurations. After some validation aspects of the new hybrid method with domain decomposition, we present several « complete » simulations of an aircraft in a landing phase. Finally, we are able to distingish re-ingestion case as they were experimentally obersed during wind tunnel testings.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (356 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [341]-356

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  • Bibliothèque : Université du Havre. Service commun de la documentation. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : STH 845
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