Aérodynamique des hélicoptères Activités numériques
Les études d’aérodynamique appliquée sur les hélicoptères sont menées en étroite coopération au sein de l’Onera. L’équipe H2T s’appuie sur les compétences des autres départements, notamment le département Simulation numérique des écoulements et aéroacoustique (DSNA) pour le développement des méthodes de calcul aérodynamique et pour les études acoustiques et le département Dynamique des structures et des systèmes couplés (DDSS) pour les études de structure et de vibrations.
Sur le plan international, H2T a participé activement à de nombreux programmes européens (Dacro, SCIA, Helishape, Helifuse, Heliflow), et est partenaire du projet Friendcopter et du projet Goahead. En étroite liaison avec Eurocopter, les recherches Onera sur les hélicoptères sont menées en commun avec le DLR allemand. La principale étude aérodynamique commune est le programme Chance qui s’est terminé fin 2004. Le nouveau projet qui lui fait suite, Shanel, vise à mieux calculer les sillages qui sont un des aspects les plus spécifiques de l’hélicoptère. Un effort important est également mis sur l’étude du décrochage dynamique, dans le cadre d’un projet de recherche fédérateur Onera avec les départements DDSS, DMAE et DSNA, mené en coopération avec le DLR, mais aussi en partie avec l’US Army et Georgia Tech dans le cadre d’un Memorandum of Agreement. H2T participe également aux études communes sur les rotors silencieux et les rotors à pales actives. D’autres applications en cours concernent l’aspect aérodynamique de recherches multidisciplinaires telles que le givrage ou le VRS ainsi que l’optimisation globale des rotors. Enfin, des études sont menées avec le DSNA pour simuler des parties de l’hélicoptère de géométries complexes en vue d’une minimisation du bruit ou une optimisation des performances (pieds de pales, fenestron).
Les méthodes de calcul utilisées pour la définition de géométries de pales sont nombreuses en raison de la complexité des phénomènes à prendre en compte dans l’optimisation aérodynamique des performances du rotor tout en diminuant les vibrations et le bruit. Les premiers stades de l’optimisation sont réalisés avec des méthodes simples de ligne portante avec prise en compte de la déformation des pales, complétées par des calculs CFD Euler ou Navier-Stokes avec le logiciel elsA pour affiner la solution, et des calculs simulant les interactions avec le sillage de géométrie complexe pour l’étude des phénomènes acoustiques. Des travaux sont menés en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique et d’Energétique de l’Université d’Orléans pour étendre la capacité des méthodes de singularités à ces configurations complexes.
Pour l’étude fine de l’écoulement autour de l’hélicoptère complet ou de ses composantes (fuselage, rotor, fenestron), l’état de l’art actuel est le calcul Navier-Stokes instationnaire permettant de représenter avec une assez bonne fidélité les caractéristiques principales de l’écoulement visqueux qui se développe autour de l’appareil. Cela nécessite de faire appel à des techniques numériques avancées (ALE, Chimère), qui nécessitent des moyens de calcul lourds. Des techniques de couplage entre le calcul de l’aérodynamique du rotor et sa dynamique sont également nécessaires pour représenter correctement la complexité des phénomènes : couplage faible, couplage fort.
Fenestron : calcul instationnaire Navier-Stokes
turbulent
du Dauphin en vol de montée
Fenestron : calcul instationnaire Navier-Stokes turbulent
du Dauphin en vol de montée - taux de pression [video]
Interaction Pale-Tourbillon : visualisation du coefficient de pression
sur les pales
et de la vorticite dans le sillage de la pale
reculante
Influence du banc d'essai de Modane sur le rotor 7A :
calcul Euler autour du rotor 7A en vol
d'avancement
avec raffinement automatique du maillage [vidéo]
Influence du banc d'essai de Modane sur le rotor 7A :
déformation des pales par la
technique ALE et couplage
avec code d'aéromécanique HOST [vidéo]
Influence du banc d'essai de Modane sur le rotor 7A :
comparaison avec les mesures expérimentales des coefficients de
portance
au cours d'une rotation
