Évaluation des performances aérodynamiques et du bilan propulsif généralisé d’un avion par une méthode

d’extraction numérique en champ lointain

Aurélien ARNTZDoctorant 1ère année

DAAP/ACI

Directeur de thèse : Alain MERLENEncadrants ONERA : Olivier ATINAULT & Daniel DESTARACBourse : ONERA

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Contexte

• Contraintes environnementales et énergétiques fortes :• ACARE : NOx -80% et CO2 -50% sur période 2000 → 2020[1],• Coût carburant multiplié par 11 (B777) sur période 2003 → 2011[2], • Nécessité de prédire précisément performances avion.

• État de l’art :• Partage poussée-traînée = convention motoriste-avionneur,• Distinction/séparation possible entre poussée et traînée.

• Adapté pour conf. conventionelle en croisière avec turboréacteurs montés sur mât.

• Ses limites :• Moteurs semi-enterrés,• Prélèvements d’air,• Échangeurs thermiques,• Tuyères non amorcées.

[1] : ACARE, Volume 2, The Challenge of the Environment, Strategic Research Agenda 1, October 2002.[2] : Cochennec, Y., Air Austral réduit la voilure, AIR & COSMOS – N° 2291, p. 40, 9 décembre 2011.[3] : Lee B. J. et al., Optimizing a Boundary-Layer-Ingestion Offset Inlet by Discrete Adjoint Approach, Journal of Aircraft, Vol.48, No.9, p. 2008-2016, September 2010.

Fig. 1 : Exemple de moteur semi-enterré [3]

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Approche proposée

• Bilan propulsif généralisé des énergies/puissances mises en jeu [4] :• Cohérent avec approches précédentes,• Applicable à tout type de propulsion :

• Jet / turbofan / turboprop / …• Applicable à tous types d’installation motrice :

• Moteurs montés sur mât / semi-enterrés• Définitions moins ambiguës de poussée et traînée.

• Déroulement :• Analyse théorique puis implémentation numérique,• Validation : cas tests simplifiés → cas tests complexes.

• Spécificités de l’approche :• Codage en Fortran, • Maillages (non-)structurés, • Approche champ lointain [5] :

• Décomposition physique,• Identification spatiale des sources.

[4] : Drela, M., Power Balance in Aerodynamic Flows, Journal of Aircraft, Vol.47, No.7, p. 1761-1771, July 2009.[5] : Destarac, D., Far-field / Near-field Drag Balance and Applications of Drag Extraction in CFD.

VKI Lecture Series, CFD-Based Aircraft Drag Prediction and Reduction. Hampton, VA, 3-7th November 2003.

Fig. 3 : Volume de choc (rouge), volume visqueux (gris), jet (orange)

Fig. 2 : Exemple type de configuration non conventionnelle avec moteurs semi-enterrés