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Quand chimère rime avec hélicoptère

L’image représente le domaine de calcul pour simuler l’écoulement autour d’une maquette d’hélicoptère installée en soufflerie.

Maquette virtuelle d'hélicoptère dans son domaine de calcul. L'enchevêtrement des différentes grilles de points de calcul résulte de l'automatisation du maillage de l'espace selon une méthode "Chimère". La maquette réelle correspondante est visible en bas de page.
Maquette virtuelle d'hélicoptère dans son domaine de calcul. L'enchevêtrement des différentes grilles de points de calcul résulte de l'automatisation du maillage de l'espace selon une méthode "Chimère". La maquette réelle correspondante est visible en bas de page.

L’espace est représenté par un grand nombre de sous-domaines, ou grilles, se recouvrant partiellement, et  dont les « mailles » sont plus ou moins fines. C’est un cas de calcul dit instationnaire car le rotor principal et le rotor de queue de l’hélicoptère « sont en rotation » pendant la simulation numérique.

A première vue, cette  image évoque une complexité incroyable. En fait, cette complexité n’est qu’apparente. Elle résulte d’une mise en œuvre particulière de la méthode Chimère, une méthode de calcul numérique très bien adaptée au calcul des interactions de corps proches en mouvement relatif l’un par rapport à l’autre. Des grilles de maillage – ou sous-domaines - se déplacent et se recouvrent à chaque instant pour tenir compte des changements de géométrie dus au mouvement des corps. La méthode Chimère est très bien adaptée au calcul aérodynamique de l’hélicoptère complet où les rotors sont en rotation par rapport au  fuselage.

Surface de l'hélicoptère (on dit aussi la peau), grilles 3D proches de la peau (couleur) et grilles parallélépipédiques "cartésiennes" engendrées automatiquement.
Surface de l'hélicoptère (on dit aussi la peau), grilles 3D proches de la peau
(couleur) et grilles parallélépipédiques "cartésiennes" engendrées automatiquement.

Seules sont fournies au logiciel de simulation les grilles 3D épousant la surface de l’hélicoptère et de ses composants (zones de couleur sur la figure ci-dessus). Les sous-domaines 3D en noir visibles sur l’image sont  des grilles parallélépipédiques engendrées automatiquement, recalculables périodiquement.  Ces « grilles automatiques de fond » recouvrent toujours en totalité les « grilles de peau » de l’hélicoptère et s'adaptent en taille, finesse, position, tout en tenant compte des caractéristiques de l'écoulement. Cette technique de génération automatique de maillage permet de simplifier notablement la préparation du calcul.

Instantané du résultat de la simulation numérique. La couleur à la surface de l’hélicoptère traduit la pression à la paroi. Les surfaces grises caractérisent le sillage des différentes parties (isosurface du critère Q).
Instantané du résultat de la simulation numérique. La couleur à la surface de l’hélicoptère traduit la pression à la paroi. Les surfaces grises caractérisent le sillage des différentes parties (isosurface du critère Q).

Cette étude a été réalisée dans le cadre du projet européen GOAHEAD. Ce projet, terminé en 2010, avait pour objectif principal la constitution d’une base de données expérimentale de soufflerie pour un hélicoptère complet générique. Second objectif : valider les  différentes méthodes de simulation numérique des partenaires du projet, dont l’Onera.

Maquette d’hélicoptère générique du projet GOAHEAD en situation dans la soufflerie LLF (Emmeloord-Pays Bas)
Maquette d’hélicoptère générique du projet GOAHEAD
en situation dans la soufflerie LLF (Emmeloord-Pays Bas)

Ces travaux numériques ont été menés conjointement à l'Onera par Stéphanie Péron (Méthodes CFD pour les hélicoptères [DSNA]), Thomas Renaud et Michel Costes (Aérodynamique appliquée des hélicoptères [DAAP]). Images et propos recueillis par Sylvain Gaultier (web Onera).

14.03.2010