Analyse physique et simulations numériques avancées des écoulements de jonction sur les avions

par Mehdi Mokhtar Paul Bordji

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Sébastien Deck.

Soutenue le 09-10-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris , en partenariat avec ONERA - The French Aerospace Lab / Meudon (laboratoire) .

Le président du jury était José-Maria Fullana.

Le jury était composé de Jean-Christophe Robinet, Fabien Gand, Vincent Brunet.

Les rapporteurs étaient Jérôme Boudet, Azeddine Kourta.


  • Résumé

    Le décollement de coin est un phénomène pouvant apparaître sur les avions au niveau par exemple de la jonction voilure/fuselage. Cela dégrade les performances de l'appareil. Considérant le peu de connaissances relatives à ce sujet, les avionneurs choisissent généralement des modifications empiriques pour y faire face. Cette thèse a consisté à étudier la dynamique d'un écoulement de jonction simplifié caractérisé par un décollement de coin modéré, et à évaluer des méthodes numériques couramment employées dans l'industrie pour la prévision de ces écoulements. Les travaux ont débuté avec une synthèse bibliographique. Les phénomènes présents au sein d'un écoulement de jonction simplifié ont été détaillés et les trois principaux sont le tourbillon en fer à cheval, le tourbillon de coin et le décollement de coin. Ensuite, à l'aide de l'approche numérique et de données expérimentales, il a été montré que le décollement de coin modifiait significativement le champ turbulent et que sa dynamique était apparentée à celle du tourbillon en fer à cheval. La comparaison de différents modèles de turbulence a confirmé que l'anisotropie de l'écoulement de coin devait être prise en compte dans la modélisation pour générer des simulations numériques comparables aux observations faites en soufflerie. L'étude du décollement de coin doit encore être poursuivie sur d'autres configurations pour permettre une éventuelle généralisation de ces résultats et les compléter. L'approche numérique doit aussi être améliorée afin de pourvoir à la complexification des situations, et l'utilisation de la ZDES mode 3 permettrait également de progresser dans la compréhension physique des écoulements de jonction.

  • Titre traduit

    Physical analysis and advanced numerical simulations of junction flows


  • Résumé

    Corner flow separation may occur on airplanes at the wing/fuselage junction for instance. Airplanes performances are then likely to be reduced. This issue is still not thoroughly understood and therefore, many wind-tunnel and flight tests are carried out in order to prevent the occurrence of this phenomenon. This thesis has consisted in studying the dynamics of a simplified junction flow characterized by the presence of a mild corner separation, and in investigating some of the standard CFD methods used in the industry for those kind of flows. First, a literature review showed that the main features of junction flows are the horseshoe vortex, the corner vortex and the corner separation. Thereafter, through the use of numerical and experimental data, it has been shown that the corner separation significantly influenced the turbulent field and its unsteady behavior was linked to the horseshoe vortex one. Comparisons between standard and advanced turbulence models have confirmed that second order closures are needed to accurately predict corner separations. Other juncture flows applications can still be further investigated in order to broaden the application spectrum of the present results. The understanding of the physics of juncture flows may also be improved, for instance using eddy resolving simulations such as ZDES mode 3. Robustness and accuracy of the advanced turbulent closures should be increased to allow reliable juncture flow computation at early design stages.


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