Optimisation numérique de la performance d'un avion avec winglets actifs

Numerical optimisation of aircraft performance with active winglets

• Auteur / Autrice : Martin Delavenne
• Direction : Michel Salaün, Valérie Ferrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 14/10/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe Modélisation des Systèmes et Microsystèmes Mécaniques (Toulouse, Haute-Garonne)
• Jury : Président / Présidente : Joseph Morlier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Salaün, Valérie Ferrand, Joseph Morlier, Eric Laurendeau, Franco Mastroddi, Jean-Luc Hantrais-Gervois
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eric Laurendeau, Franco Mastroddi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Ailettes (technologie)

Aéroélasticité

Mots clés libres

Optimisation

Aéroélasticité

Performances

Winglet

Méta-Modèles

Morphing

Optimisation

Aeroelasticity

Performances

Winglet

Surrogate

Morphing

Résumé

L’ajout de winglet en bout d’aile est une solution déjà éprouvée pour diminuer la traînée des avions. L’optimisation de la forme de la voilure en vol, appelée morphing est un autre concept prometteur. Cette thèse propose d’étudier un dispositif combinant le principe du winglet et celui du morphing afin optimiser les performances de l’aéronef pendant le vol. Cette technologie appelée winglet actif consiste a changer l’angle de dièdre pour agir sur la répartition des efforts aérodynamiques et sur la déformation de la voilure. L’objectif de l’étude est, dans un premier temps, d’optimiser la forme d’un winglet dans un context de retrofit puis d’optimiser les performances en mission à l’aide de ce dispositif actif. L’originalité du travail présenté repose sur l’utilisation massive de calculs haute-fidélité CFD/CSM combinés à des méta-modèles (surrogate) et sur une décomposition champ lointain de la traînée pour une analyse fine des phénomènes. Cette approche permet de mettre en évidence l’importance de la flexibilité de la voilure dans la prédiction de l’efficacité du dispositif. L’etude d’une voilure à fort allongement apporte un éclairage complet sur la capacité de ces dispositifs à contrôler les performances pour differentes configurations. Ce travail apporte aussi des réponses quantà l’impact de winglets actifs sur les charges et l’aéroélasticité.

The addition of winglets at wing tips is a proven solution to reduce aircraftdrag. Wing shape optimisation throughout the flight, also called morphing, is another promisingconcept. That thesis deals with the analysis of a device combining winglets and morphingprinciples to optimise aircraft performances during the flight. This technology is simply referredas Active Winglet and consists in changing the cant angle to alter aerodynamic loadsdistribution and then change the wing shape. The objective of this study is first to optimisethe shape of a retrofitted winglet then to optimise the performances over the mission with theactive system. The originality of this work relies on the massive usage of CFD/CSM computationscombined to surrogate models and on a far-field drag decomposition for fine analysisof phenomena. This approach also highlights the importance of flexible effects on the deviceefficiency. Besides, the analysis of an high aspect ratio wing gives a complete overview on the capability of the devices to control flight performances for different configurations. This workalso provides answers regarding the impact of active winglets on loads and aeroelasticity.