Le projet européen Epistle (European Project for Improvement of Supersonic Transport Low-speed Efficiency), lancé en 2000, avait pour objet la caractérisation aérodynamique à faible vitesse de l'avion européen de transport commercial supersonique (ESCT). L'objectif principal était d'améliorer les performances de l'ESCT à faible vitesse grâce à des volets de bord d'attaque mobiles. Il s'agissait aussi d'évaluer la capacité des méthodes numériques à bien prédire les écoulements tourbillonnaires complexes qui se développent sur l'extrados du bord d'attaque d'une aile en flèchepour un avion supersonique en hypersustentation, ainsi que de valider les méthodologies de conception basées sur cette approche numérique.
L'Onera a participé aux différentes études numériques et expérimentales d'Epistle. Le logiciel de CFD elsA, associé au post-traitement développé par l'Onera pour le calcul de la traînée en champ lointain, a été utilisé pour évaluer les caractéristiques à faible vitesse de différentes configurations de volets de bord d'attaque. La première étape du projet a consisté à valider cette méthodologie numérique sur la configuration à faible vitesse EUROSUP grâce à la base de données expérimentale, améliorée, acquise durant les séries de tests sur Epistle dans la soufflerie à grande vitesse du DNW *. Ces méthodes numériques validées ont été mises à profit pour une étude numérique de la sensibilité aux déviations des volets de bord d'attaque.
Dans la phase de conception d'Epistle, l'Onera a réalisé les optimisations numériques de la forme des dispositifs de bord d'attaque et calculé les déflexions de l'écoulement. Pour cela, une boucle d'optimisation automatisée a été développée; elle inclut une technique de déformation de maillage, le logiciel elsA utilisé pour résoudre les équations d'Euler, la technique d'extraction de traînée en champ lointain et un module de contraintes aérodynamiques dédié. Deux configurations de volets de bords d'attaque conçues dans la cadre d'Epistle ont été retenues pour être validées par une série de tests en soufflerie.
Logiciel de simulation aérodynamique
utilisé pour l'optimisation de la forme des volets
Maquette d'Epistle dans la soufflerie F1 de l'Onera
Les tests en soufflerie menés par l'Onera dans sa grande soufflerie pressurisée à basses vitesses F1 ont constitué une avance considérable dans ces activités de recherche. Les améliorations des performances du modèle Epistle par rapport à la configuration de référence EUROSUP se sont révélées conformes aux prédictions numériques, ce qui a validé les méthodologies de conception développées et a prouvé que des gains de performance à faible vitesse importants peuvent être obtenu grâce à des volets spécialement conçus pour les faibles vitesses. Ces tests ont aussi fourni une base de données expérimentales unique au monde pour des nombres de Reynolds allant jusqu'à 22 millions, y compris des informations détaillées sur le développement des écoulements turbulents obtenues à partir d'études sur le sillage et de mesures de déplacement de couches limites.
Distribution des pressions pariétales
(code elsA)
Perte de pression totale,
illustrant l'écoulement tourbillonnaire dans le sillage
(code elsA)
Enfin, l'Onera a contribué à l'analyse de cette base de données expérimentales en réalisant un calcul Rans sur une des configurations d'Epistle dans les conditions d'un test dans la soufflerie F1. Une attention particulière a été portée au développement des écoulements turbulents. Les effets des parois de la soufflerie ont aussi été étudiés par calcul numérique grâce à des calculs Rans spécifiques utilisant la technique des grilles Chimère.
En conclusion, les études numériques et expérimentales du projet Epistle ont amélioré la compréhension de l'écoulement turbulent qui se développe sur une aile d'avion supersonique à basse vitesse. Elles ont permis de préparer les méthodes et les outils nécessaires à la conception de volets spécifiques pour les basses vitesses de tout avion supersonique à venir.
Étude numérique des effets de parois de la soufflerie F1
grâce à un calcul Rans associé à la technique de grille Chimère
