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Thèse soutenue

Simulations d'écoulements instationnaires turbulents en aérodynamique : application à la prédiction du phénomène de tremblement

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Auteur / Autrice : Bastien Caruelle
Direction : Thierry Poinsot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides
Date : Soutenance en 2000
Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Résumé

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L'objectif de cette étude est de qualifier la capacité des méthodes numériques à réaliser la simulation d'écoulements instationnaires turbulents, dans un contexte dit "d'aérodynamique externe". L'application industrielle visée est la prédiction du phénomène de tremblement en régime transsonique, dont les principales caractéristiques sont tout d'abord rappelées, afin de déterminer les points délicats à traiter d'un point de vue du numérique et de la modélisation. Différents types de modélisation de la turbulence sont alors passés en revue : leurs points forts et leurs faiblesses, exposés relativement aux applications visées, nous ont conduit à utiliser le modèle de Spalart et Allmaras en instationnaire (USA), la "Detached-Eddy Simulation" (DES) et la simulation des grandes échelles (LES). On sélectionne ensuite parmi les méthodes numériques présentes dans le code de calcul celles qui semblent les plus adaptées à traiter les problèmes relatifs à l'aérodynamique instationnaire transsonique. Ceci nous a conduit à implémenter et à valider une condition aux limites de sortie instationnaire subsonique, et à élaborer un schéma de discrétisation spatiale centré d'ordre quatre. Le comportement des modèles USA, DES est alors qualifié sur deux cas "académiques" (couche limite turbulente attachée se développant temporellement, couche limite décollée sous l'influence d'un gradient de pression adverse) en comparaison avec des simulations LES de référence. Des simulations du phénomène de tremblement sont finalement réalisées avec les modèles USA et DES sur des configurations de plus en plus complexes (profil bidimensionnel, tranche d'aile périodique, puis géométrie complète fuselage / voilure), et comparées aux résultats expérimentaux.