Abstract FR:

Les objectifs de faible émissions et les contraintes d'exploitation rentables imposées aux futurs avions commerciaux nécessitent de développer des architectures propulsives innovantes capables d'offrir des réductions de la consommation de carburant qui ne sont pas atteignables à travers des configurations conventionnelles. L'ingestion de couche limite (BLI) est un concept prometteur pour atteindre cet objectif, bien que les fortes interactions aérodynamiques entre la cellule et les propulseurs posent de nouveaux défis auxquels les constructeurs d'avions et de moteurs doivent faire face. En particulier, il est essentiel de prévoir de telles interactions pendant les phases de conception de manière rapide et précise pour atteindre les niveaux de performances exigés aux futurs avions.Dans ce cadre, il a été démontré que l'approche de modélisation dite body force offre un compromis approprié entre la précision et le coût de calcul pour simuler les interactions aérodynamiques entre la soufflante et le fuselage rencontrées dans les configurations BLI et des moteurs à fort taux de dilution (UHBR). Cependant, de nouveaux développements sont jugés nécessaires pour améliorer la stratégie de développement des modèles body force et pour tenir compte du couplage entre les performances du moteur et les interactions entre la soufflante et la cellule de l'avion. Cette thèse aborde ces objectifs à travers deux axes de recherche différents.Premièrement, une nouvelle approche s'appuyant sur des algorithmes d'apprentissage automatique est proposée pour remplacer la formulation analytique des modèles body force. Cette méthodologie utilise un réseau de neurones pour prédire le champ de forces produit par la soufflante, qui est ensuite intégré dans un environnement de calcul scientifique afin d'évaluer des configurations propulsives complexes à travers de simulations CFD. Le principal atout d'une telle méthodologie est l'absence des informations géométriques des pales ainsi que l’élimination des hypothèses a priori lors de la génération du modèle. La nouvelle approche de modélisation est appliquée au calcul aérodynamique d'une soufflante en configuration d'ingestion de couche limite et comparée aux solutions fournis par des modèles body force de la littérature et les calculs URANS, montrant que les performances de la soufflante et les mécanismes d'interaction avec la distorsion d'entrée sont bien capturés.Le deuxième axe de recherche est lié à la modélisation couplée des performances du moteur et de l'aérodynamique de la soufflante. Dans cette approche, les champs de force sont appliqués à la fois à la soufflante et à une représentation conceptuelle du générateur de gaz. Les distributions de force sont calculées à partir d'un modèle détaillé zéro-dimensionnel du cycle thermodynamique du moteur, qui s'exécute en parallèle à la simulation aérodynamique. Cette stratégie de calcul est appliquée à une étude de la propulsion BLI, en utilisant une analyse paramétrique pour relier la quantité de couche limite ingérée aux variations des performances globales du moteur. Les résultats montrent la pertinence de tenir compte de la dépendance entre le cycle thermodynamique du moteur et l'aérodynamique de la soufflante pour quantifier les avantages et les inconvénients des architectures propulsives intégrées.