Optimisation aéro-acoustique de forme d'un aéronef supersonique d'affaire

par Andrea Minelli

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Jean-Antoine Désidéri.

Le jury était composé de Jean-Antoine Désidéri, Christophe Corre, François Coulouvrat, Bijan Mohammadi, Juan Jose Alonso, Gérald Carrier, Franck Dagrau, Itham Salah El Din.

Les rapporteurs étaient Christophe Corre, François Coulouvrat, Bijan Mohammadi.


  • Résumé

    Ce travail porte sur le développement de méthodes numériques innovantes pour la conception aéro-acoustique optimale de forme des configurations supersoniques. Ce manuscrit présente tout d'abord l'analyse et le développement des approches numériques pour la prévision du bang sonique . Le couplage du calcul CFD tridimensionnel en champ proche prenant en compte la décomposition multipolaire de Fourier et la propagation atmosphérique basée sur un algorithme de tracé de rayons est amélioré par l’intégration d'un processus automatique d' adaptation anisotrope de maillage. La deuxième partie de ce travail se concentre sur l’élaboration et l'application des techniques de conception pour l'optimisation d'une configuration aile-fuselage supersonique. Un module de conception inverse, AIDA , fournit à partir d'une signature acoustique cible au sol à faible bang sonique la géométrie de la configuration correspondante. Pour améliorer a la fois les performances acoustique et aérodynamique, des techniques d'optimisation directes de forme sont utilisées pour résoudre des problèmes d'optimisation mono et multi- disciplinaires et une analyse détaillée est réalisée. Des stratégies innovantes basées sur la coopération et les jeux compétitifs sont enfin appliquées au problème d'optimisation multidisciplinaire offrant une alternative aux algorithmes traditionnels MDO . L’hybridation de ces deux stratégies ouvre la voie a une nouvelle façon d'explorer le front de Pareto de manière efficace. Celle-ci est mise en application sur un cas pratique.

  • Titre traduit

    Aero-acoustic shape optimization of a supersonic business jet


  • Résumé

    This work addresses the development of original numerical methods for the aero-acoustic optimal shape design of supersonic configurations. The first axis of the present research is the enhancement of numerical approaches for the prediction of sonic boom. The three dimensional CFD near-field prediction matched using a multipole decomposition approach coupled with atmospheric propagation using on a ray-tracing algorithm is improved by the integration of an automated anisotropic mesh adaptation process. The second part of this work focuses on the formulation and development of design techniques for the optimization of a supersonic wing-body configuration. An inverse design module, AIDA, is able to determine an equivalent configuration provided a target shaped signature at ground level corresponding to a low-boom profile. In order to improve both the aerodynamic and the acoustic performance, direct shape optimization techniques are used to solve single and multi-disciplinary optimization problems and a detailed analysis is carried out. At last, innovative strategies based on cooperation and competitive games are then applied to the multi-disciplinary optimization problem providing an alternative to traditional MDO algorithms. Hybridizing the two strategies opens a new efficient way to explore the Pareto front and this is shown on a practical case.

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