Modélisation des interactions aérodynamiques pour un convertible de type ERICA

par Fabrice Cuzieux

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Daniel Favier.


  • Résumé

    Le tiltrotor est un appareil combinant l’aptitude au décollage vertical et la possibilité d’effectuer des vols aux grandes vitesses comparables à celles des avions à turbopropulseur. Ceci offre de nouvelles possibilités dans un contexte aéroportuaire actuellement surchargé. Pour cela, le tiltrotor possède deux rotors montés sur des nacelles pivotables placés au bout d’une aile. Ceci engendre des interactions fortes entre les sillages des rotors et l’aile aux basses vitesses. Il en résulte une force sur l’aile appelée déportance et qui affecte les performances de l’appareil. Afin de réduire la déportance, AGUSTA a proposé le concept ERICA, dont les parties d’aile placées au-dessous des rotors peuvent se basculer. Un autre type d’interaction existe à proximité du sol, où les sillages rotors engendrent un effet fontaine de sol qui vient impacter le dessous de l’appareil. Ces deux phénomènes d’interaction ont été modélisés dans le code de mécanique du vol HOST d’Eurocopter, pour le concept ERICA. Un modèle de ligne portante non linéaire a donc été développé pour le HOST, qui ne disposait pas jusque là de modèle physique de l’aile. Des calculs aux fortes incidences, comme dans le cas de l’aile du tiltrotor en interaction avec les sillages rotors, peuvent désormais être menés. Le modèle évaluant l’interaction entre le sillage des rotors et l’aile est basé sur une représentation quasi-statique des sillages à l’aide de cylindres. Ce modèle permet de calculer le pourcentage de corde d’aile intersecté par le sillage des rotors pour chaque section de la ligne portante, afin d’évaluer l’influence des vitesses induites par les rotors. Pour l’effet de sol sur l’aile, une approche basée sur l’équation de continuité de masse, initialement proposé par H. Haverdings, a été employée, ainsi qu’une seconde approche basée sur l’impact de deux jets circulaires sur une plaque a été développé. Tout ces modèles sont maintenant disponibles dans une version de développement du HOST. Ainsi, une évaluation des performances dans les différentes phases de vol du concept ERICA est désormais possible. Par exemple, une étude approfondie de l’influence du braquage des ailes mobiles sur la puissance requise en vol a permis d’établir et de valider l’efficacité de différentes stratégies.

  • Titre traduit

    Interactions modelling for a tiltrotor in HOST : application to the ERICA concept


  • Résumé

    Among solutions studied to decrease airport congestion due to the air traffic increase, the use of civil tiltrotors is an interesting solution. A tiltrotor has the distinctive feature of being able to mix Vertical or Short Take-Off and Landing capabilities with cruise flight at speeds comparable to turboprop aeroplanes. This tiltrotor configuration has two rotors at the tip of the wing, and as a result, strong rotors wake/wing interaction occur in low speed conditions producing a wing download force that affect the aircraft performance. In order to reduce this download the ERICA concept has been proposed by AGUSTA. The wing parts located below the rotors can be tilted and adjusted to the rotor downwash direction in order to decrease the wing download. A second interaction exists when close to the ground, as a ground fountain effect, due to the rotor’s wakes, affects the wing, fuselage and tail loads. These two interaction phenomena have been studied for the ERICA concept within the Eurocopter HOST code. A non-linear lifting line model has based developed for the HOST. Calculation under high angle conditions, such as for a tilt-rotor wing in interaction with the rotor wake, can then be performed. The modelling used to evaluate the interaction between the rotor wake and the wing is based on a quasi-steady representation of the wakes with cylinders. This model allows computing the percentage of wing chord intercepted by the rotor wake for each section of the lifting line. This percentage is used to balance the influence of the rotor-induced velocity. For the ground effect on the wing, an approach based on mass continuity equation has been used first proposed by H. Haverdings, and also a second approach based on impinging jets modelling. All of these modelling concepts are now in use in a development version of the HOST. Thus, it helps for the evaluation of flight performances of the ERICA tiltrotor concept, such as the prediction of the efficiency of different tilt-wing angle strategies that can be used in order to minimise the total power requirement.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xii-235 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.223-226

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  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 47359
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