Thèse en cours

Modélisation des effets aéro-optiques en champ proche d'un avion de combat.
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Auteur / Autrice : Kévin Doria
Direction : Eric GarnierColin Leclercq
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Ingénierie, mécanique et énergétique
Date : Inscription en doctorat le 13/02/2023
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ONERA - Département Aérodynamique, Aéroélasticité, Acoustique

Résumé

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Pour concevoir la nouvelle génération de systèmes de désignation laser et de reconnaissance, de nouveaux outils de prédiction aérodynamique sont nécessaires pour la phase de conception préliminaire. Les contraintes opérationnelles sur l'appareil sont multiples : manœuvrabilité, furtivité ou encore vélocité. Une contrainte moins connue mais pourtant cruciale est celle de la prise en compte des effets aéro-optiques pour les équipements optroniques. En effet, les effets de compressibilité (chocs, décolle-ments, ondes acoustiques, turbulence) en régime transsonique créent d'importantes fluctuations d'indice de réfraction au voisinage de l'avion susceptibles de « brouiller la vue » des dispositifs optiques. Il est alors indispensable de disposer d'un outil capable de prédire à bas coût la distorsion de phase d'une onde plane incidente sur la pupille. Si l'inhomogénéité du champ de densité moyen est facilement prévisible par des calculs RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) standards, la prédiction des effets instationnaires est aujourd'hui hors de portée de l'industriel du fait de l'inexistence de modèles empiriques valables pour les écoulements décollés et du coût prohibitif de la simulation numérique directe (DNS) donnant accès aux fluctuations d'indice. L'objectif de la thèse est donc de développer un outil de prédiction des effets aéro-optiques instationnaires en champ proche, applicable par l'industriel (Thales LAS France) à des fins de design préliminaire de nouvelles géométries de système de désignation laser et de reconnaissance. Les travaux seront exclusivement de nature numérique. Le cœur de la thèse comprend 2 volets : analyse & synthèse. Dans l'étape d'analyse, des DNS seront réalisées afin d'étudier les structures cohérentes responsables de la distorsion optique maiségalement des calculs haute-fidélité au coût plus abordable et adaptés aux écoulements décollés (Zonal Detached Eddy Simulation). L'objectif est de confirmer la validité de ces approches pour l'aéro-optique, par comparaison avec la DNS. L'étude portera dans un premier temps sur un cas de couche limite en développement spatial puis il est prévu de passer sur un cas d'épreuve plus réaliste (coupe longitudinale d'une tourelle) pour lequel des données numériques et expérimentales existent. Ce dernier cas servira de base aux travaux sur l'identification des structures responsables des fluctuations de phase ainsi qu'à la synthèse de modèles prédictifs à partir de calculs RANS. Dans un second temps, la partie synthèse vise à produire une série de modèles par différentes approches : empi-rique, « physicsbased» et « data-based ». D'abord, des calculs préliminaires suggèrent l'existence de profils auto-similaires desfluctuations de densité et des longueurs de corrélation au sein d'un décollement, ouvrant la porte à la calibration d'un modèle analytique et empirique liant grandeurs moyennes et fluctuantes. Une seconde approche dite « physics-based » visera à prédire les structures cohérentes responsables de la distorsion optique à partir d'outils modernes d'analyse de stabilité linéaire du champ moyen RANS. Enfin, la piste « data-based » sera investiguée : on utilisera des méthodes d'apprentissage automatique pour inférer la distorsion optique à partir des grandeurs moyennes del'écoulement. L'encadrement de cette thèse CIFRE s'effectuera en partenariat entre l'ONERA et Thales LAS France.