Simulation numérique appliquée à la caractérisation et aux instabilités des tourbillons de sillage d'avions de transport

• Auteur / Autrice : Florent Laporte
• Direction : Thierry Poinsot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbillons (mécanique des fluides)

Sillage (dynamique des fluides)

Sillage (aérodynamique)

Résumé

Le sillage des avions de transport est composé de plusieurs tourbillons énergétiques, dont certains peuvent persister plusieurs minutes dans l'atmosphère. Ils peuvent constituer un danger pour un avion pénétrant dans ce sillage, en particulier pendant les phases de décollage et d'atterrissage. Le travail présenté est une contribution à l'étude de la caractérisation du champ proche étendu de tels sillages, et des mécanismes d'instabilité pouvant se développer en leur sein, par la simulation numérique. Dans une première partie du travail, on a développé des méthodes numériques adaptées au calcul des écoulements instationnaires, en particulier des schémas de discrétisation spatiale centrés d'ordre élevé et une méthodologie de pas de temps adaptatif pour une intégration temporelle implicite. La deuxième partie du travail est dévolue à la caractérisation stationnaire et instationnaire du sillage proche étendu, en se concentrant sur le contrôle de la solution numérique, de l'approximation fluide parfait à la simulation des grandes échelles. On montre que la simulation numérique est un outil prédictif validé dans le champ proche étendu. La troisième partie de ce travail est dédiée à l'étude de la stabilité de modèles simples de tourbillons de sillage, ces modèles étant établis à partir des résultats de la deuxième partie. Dans le champ proche étendu, on montre que le développement de l'instabilité elliptique entre vortex co-rotatifs peut modifier la dynamique de la fusion des vortex. Dans le champ lointain, on montre que l'instabilité elliptique ne peut se développer efficacement dans une paire de vortes contra-rotatifs que si les coeurs sont assez proches (pas le cas dans les vortex de sillages actuels). Les modes d'instabilité dûs à la présence de vitesse axiale au coeur des vortex sont également simulés, montrant la diversité des mécanismes instationnaires pouvant exister dans les tourbillons de sillage.