Simulations numériques avancées pour la compréhension de l'aérodynamique du Fenestron
Institution:
Toulouse, INPTDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
To keep his place in the aeronautical field, the helicopters have to adapt to new market demandsby increasing his maneuverability in hostile environments. Previous issues applied to theFenestron® concept encourage their developer to increase the possibilities of the system. Toachieve this target, the limit of the system should be analyzed; physical phenomenon has to beunderstood in order to optimize the design. This thesis is related to an understanding of physicalphenomenon which influence the performance and the maneuverability of the Fenestron® in flight.For analyzing the behavior of the Fenestron® in hover and lateral flight, it is proposed to use theCFD code elsA, developed by ONERA, applied on the shrouded rotor geometry. The first part ofthe thesis intents to validate the periodic approach and to describe the aerodynamic of theFenestron® in hover flight. The sensitivity of the solution to numerical parameters has highlightedthe need to suggest another resolution of the turbulent scales. Because there is a high interest tothe flow description at high blade pitch angle, the Large Eddy Simulation is used to solve the flow.A refined description of the flow patterns near the shroud and the blade tip gap is providing by theLarge Eddy Simulation. The second part focuses on the behavior of the Fenestron® in lateralflight. Several flight cases have been realized thanks to the extensive use of the Chimeraapproach. The segregated study of the rotor and the shroud flows has highlighted the leading roleof the shroud on the Fenestron® behavior in lateral flight in diffuser or collector side
Abstract FR:
Pour maintenir sa place dans le paysage aéronautique, l’hélicoptère doit s’adapter aux nouvellescontraintes du marché en augmentant sa manœuvrabilité dans des environnements hostiles. Cetenjeu appliqué au Fenestron® motive les utilisateurs de ce concept à repousser ses limitesd’exploitation en augmentant ses performances et sa manœuvrabilité en vol. Pour atteindre cetobjectif, il faut analyser les limites du système, comprendre les phénomènes physiques qui lesinduisent et optimiser le design. Cette thèse s’inscrit dans une démarche de compréhension desphénomènes physiques qui influent sur les performances et la manœuvrabilité en vol duFenestron®. Elle propose d’utiliser le code de mécanique des fluides elsA développé par l’ONERAappliqué au Fenestron® pour analyser son comportement en vol stationnaire et latéral. Lapremière partie de la thèse s’attache à valider l’approche périodique pour décrire l’aérodynamiquedu Fenestron® en vol stationnaire. L’étude de sensibilité de la solution aux paramètresnumériques, réalisée en RANS, a suscité l’intérêt de changer l’approche de la résolution de laturbulence. Il est proposé de réaliser une simulation aux grandes échelles pour un pas rotor élevé.Ce type de simulation permet de comprendre l’aérodynamique interne du Fenestron® notammentproche de la carène et dans le jeu. Une deuxième partie de la thèse décrit les écoulementsrencontrés en vol latéral avec un vent entrant soit dans le collecteur soit dans le diffuseur.L’utilisation massive de la technique Chimère a permis de réaliser plusieurs balayages en pas eten vitesse de vent pour constituer une base de données. L’étude séparée des parties fixes ettournantes a permis de mettre en évidence le rôle primordial de la carène sur le comportement duFenestron®.