Couplage CSM/CFD pour l'analyse dynamique des rotors d' hélicoptère : simulations numériques d'interaction fluide-structure en couplant un code Navier-Stokes de volumes finis avec un code structures non linéaires d'éléments finis

par Biel Ortun

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Roger Ohayon.

Soutenue en 2008

à CNAM .


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  • Titre traduit

    CSM/CFD coupling for the dynamic analysis of helicopeter rotors :numerical similations of fluid-structure interaction by coupling a navier-stokes finite volume code and a non linear structure finite element code


  • Résumé

    Cette thèse a développé une méthode pour réaliser des simulations aéroélastiques de rotors d´hélicoptère en couplant un code tridimensionnel d’éléments finis (CSM) avec un code de mécanique de fluides (CFD) et un code de mécanique de vol. L’objectif a été développer un outil d’analyse numérique capable de prédire avec précision le comportement aéroélastique d’une configuration a voilure tournante de géométrie arbitraire. Ceci n’est pas possible avec les outils actuels d’aéroélasticité hélicoptère car ils sont tous limités par l’utilisation de modèles structuraux de type poutre. L’idée principale est d’utiliser une approche partitionnée qui permet de coupler les logiciels spécialisés existants pour la structure, le fluide et la mécanique de vol. Ces codes échangent leurs solutions à chaque pas de temps avec une méthode alternée sans sous itérations. Pour cela, un environnement logiciel pour le couplage de codes distribués sur le réseau a été développé, ainsi qu’une méthode pour contrôler le rotor et obtenir des prédictions aéroélastiques respectant l’équilibre en vol. Le nouveau couplage a été appliqué à la simulation de rotors isolés en vol horizontal d’avancement à grande vitesse et les résultats ont été comparés aux mesures en soufflerie. Le couplage peut également calculer des réponses en vol de manœuvre et prendre en compte des effets non linéaires, ainsi que les moyeux complexes modernes de type ‘bearingless’. L’approche partitionnée permet l’exploitation de l’état de l’art dans chacune des disciplines tout en conservant l’énergie à l’interface fluide/structure, et le schéma de couplage sans sous itérations peut être précis au deuxième ordre dans le temps. Les prédictions aéroélastiques respectent les objectifs de la mécanique de vol. Le couplage a été appliqué avec succès à la simulation aéroélastique d’un rotor isolé dont les pales ont été modélisées par éléments finis 3D. Les développements ici entamés seront poursuivis et inscrits au sein de la gamme d’outils utilisés dans l’industrie.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (127 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 120-124

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  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : Th A 637
  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th A 637 double
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