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DAAP - Aérodynamique appliquée

Prévision des performances des avions de transport civils

Simulation RANS autour d’une configuration d’avion munie de systèmes hypersustentateurs et avec spoilers braqués
Simulation RANS autour d’une configuration d’avion munie de systèmes hypersustentateurs et avec spoilers braqués  ©ONERA-DAAP

Le développement des futurs avions de transport civils nécessite qu’un effort accru soit porté sur la réduction de la consommation compte tenu de l’augmentation du trafic aérien qui devrait doubler dans les 15 prochaines années. Pour développer des nouvelles technologies qui réduisent la traînée, il est très important de déterminer très finement les performances des différentes configurations étudiées et de bien connaître les phénomènes aérodynamiques qui sont à l’origine de la traînée.  

Les caractéristiques aérodynamiques sont déterminées à l’aide du logiciel elsA (développé par le département DSNA) qui résout les équations de Navier Stokes (RANS) en considérant des maillages structurés et le cas échéant la technique chimère. Le département d’Aérodynamique Appliquée de l’ONERA développe depuis de nombreuses années des méthodes d’évaluation et de décomposition de la traînée de type champ lointain qui fournissent une décomposition physique de la traînée (traînée visqueuse, traînée de choc, traînée induite) utile notamment pour établir un diagnostic précis pour une forme donnée. Des extensions pour des applications instationnaires et pour les hélices sont en cours de développement. Les méthodes permettent également d’effectuer un partage poussée/traînée pour les configurations d’avion motorisé. 

 
Extraction de la traînée d’une configuration d’avion de transport motorisé
Extraction de la traînée d’une configuration d’avion de transport motorisé – Production de traînée visqueuse (en gris) et d’onde (en rouge)  ©ONERA-DAAP
 

Les techniques de maillage sophistiquées (Chimère, raccord totalement non coïncident) implémentées dans le logiciel structuré elsA permettent désormais le calcul des performances aérodynamiques de configurations complexes en régimes stationnaire et instationnaire.  Les configurations aux basses vitesses munies de systèmes hypersustentateurs et de spoilers présentent non seulement une complexité géométrique importante mais également des phénomènes aérodynamiques complexes (présence d’écoulement laminaire avec bulbe, mélange de flux visqueux, compressibilité, tourbillons). 

L’aérodynamique des avions des avions de transport est également étudiée aux limites du domaine de vol. La détermination des coefficients de portance maximale et des limites de tremblement reste un enjeu important compte tenu de l’état de l’art. La prévision des écoulements de jonctions par exemple entre le fuselage et la voilure ou entre le mât et la voilure représente également un problème sensible. Pour résoudre ces problèmes, il s’agit de retenir une modélisation de la turbulence pertinente et de résoudre les équations de Navier–Stokes moyennées sur un maillage qui tient compte à la fois de la physique des phénomènes et des contraintes imposées par les schémas numériques. Les simulations sont validées sur des bases de données élaborées par le département d’Aérodynamique Appliquée dans des souffleries de recherches.

 

 

 

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