Développement d'une méthodologie de couplage dynamique-aérodynamique pour les rotors d'hélicoptère

par Gaëlle Servera

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides. Thermique, énergétique, combustion

Sous la direction de Michel Mudry.

Soutenue en 2002

à Orléans .

mots clés

• Rotors (hélicoptères) -- Aérodynamique
• Interaction fluide-structure
• Aéroélasticité
• Euler, Équations d'

Résumé

L'aspect rotatif de la voilure d'un hélicoptère nécessite d'articuler les pales du rotor pour rendre pilotable l'appareil. Les positions angulaires de chaque articulation sont inconnues et déterminées de sorte que le rotor génère des efforts globaux de portance et de propulsion donnés. On parle alors d'équilibre global du rotor. Par ailleurs, les pales subissent des déformations non négligeables sous l'influence des efforts extérieurs. Inversement, ces déformations modifient directement les efforts aérodynamiques. Les pales d'un hélicoptère sont donc le lieu d'importantes interactions fluide-structure. Jusqu'à présent, les méthodes calculaient le mouvement et les déformations des pales en supposant l'aérodynamique 2D quasi-stationnaire. L'étude de nouvelles approches permettant de calculer la dynamique du rotor sous l'influence d'une aérodynamique plus précise, 3D et instationnaire, fait l'objet de cette thèse. La première méthode appliquée est une approche dite de ± couplage faible α, développée au cours de précédentes recherches. Elle consiste à corriger les efforts aérodynamiques 2D par des efforts 3D calculés en résolvant les équations d'Euler (code CFD). Cette méthode originale permet de calculer l'équilibre global du rotor en tenant compte d'efforts aérodynamiques précis. Cependant, les effets d'une réponse à chaque pas de temps de la structure aux efforts aérodynamiques 3D ne sont pas pris en compte. Pour cela, une nouvelle méthode dite de ± couplage fort α a été développée. Afin d'analyser le principe d'un échange à chaque pas de temps entre dynamique et aérodynamique, une étude simple sur le cas d'un profil oscillant a été menée. Les résultats obtenus ont permis d'étendre la méthode au cas 3D. Une comparaison entre les deux approches de couplage a alors été effectuée afin de déterminer quelle méthode de couplage est la mieux adaptée à différents cas de vols étudiés.

Titre traduit

Development of a general fluid-structure coupling method for helicopter's rotors

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