Méthodes numériques pour l'aéroélasticité des surfaces de contrôle des avions

Numerical methods for control surfaces aeroelasticity

• Auteur / Autrice : Florian Blanc
• Direction : François-Xavier Roux, Jean-Christophe Jouhaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse harmonique (mathématiques)

Mécanique des fluides

Aéroélasticité

Mots clés libres

Aéroélasticité

Mécanique des fluides numérique

Méthode Chimère

équilibrage temporel des harmoniques

Time spectral method

Résumé

Dans le but d’améliorer les systèmes de pilotage des avions, Airbus souhaite développer sa capacité prédire les effets aéroélastiques associés au braquage de gouvernes situées sur des parties souples de l’avion. Dans ce cadre, les travaux de thèse présentés visent à développer des méthodes de calcul pour simuler ce type de phénomènes. Partant des techniques de calcul existantes, basées sur un couplage des méthodes de mécanique des fluides numérique avec un modèle de structure, deux axes de travail on été suivis. Le premier concerne la représentation des gouvernes dans les algorithmes de mécanique des fluides numériques. Pour faciliter cette représentation et surtout permettre le mouvement des gouvernes en cours de calcul il a été choisi d’utiliser la technique Chimère qui permet de combiner en cours des maillages élémentaire. Une méthode innovante pour assembler automatiquement des maillages Chimère a notamment été développée. Le second axe de travail a concerné l’adaptation des méthodes d’aéroélasticité. En effet, il est apparu au cours des travaux que ces techniques conduisaient à des temps de calcul élevés en raison de phénomènes transitoires très longs à évacuer. Pour pallier ce problème la méthode d’équilibrage temporel des harmoniques a été appliquée aux équations de l’aéroélasticité conduisant à un nouveau schéma de couplage entre les équations du fluide et de la structure. Les différentes méthodes développées sont appliquées à des configurations industrielles représentatives.

In order to develop new aircraft control systems Airbus is currently developing its capability to predict aeroelastic effects related to the use at high speed of control surfaces located on flexible parts of the aircraft. Following this path, the presented work aims at developing numerical methods to simulate this type of phenomenon. Starting from existing computation techniques, which are based on a coupling between computational fluid dynamics techniques, two research axis have been followed. The first one deals with the control surfaces representation in the fluid dynamics computation. To ease this representation and allowing the control surface motion during the computation Chimera technique has been used. This technique allows combining elementary overlapping pieces of mesh during the computation. On that point a new method for assembling Chimera meshes has been dev developed. The second research axis deals with adapting existing aeroelasticity computation technique. As a matter of fact it appeared that these computation techniques were not suitable for the computation of problems related to control surfaces. To tackle this issue the Time Spectral Method has been applied to the equations of aeroelasticity, leading to a new scheme for coupling fluid and structure equations. The methods presented are applied to various industrial configurations.