Simulation numérique de la distorsion générée par une entrée d’air de moteur civil par vent de travers

0038 French OPEN
Colin, Yann (2007)
  • Subject: Aérodynamique et distorsion d‘entrée d’air | Décollements tridimensionnels | Techniques de préconditionnement | Phénomène d’hystérésis | Modélisation de la turbulence et de la transition | 532 | Inlet aerodynamics and distortion | Three-dimensional separation | Low-speed preconditioning techniques | Hysteresis phenomenon | Turbulence and transition modelling

La conception des nacelles doit répondre à des contraintes géométriques d'encombrement mais aussi à des spécifications motoristes qui précisent les niveaux de performance exigés. L'une des contraintes imposées par le motoriste concerne notamment le niveau de distorsion de la pression totale dans le plan fan. Lorsque la nacelle est soumise à un vent de travers, il se produit un décollement au niveau de l’entrée d'air côté vent. L’hétérogénéité de l’écoulement qui en résulte peut être à l'origine d'instabilités aérodynamiques au niveau des aubes du fan et conduire au pompage. Le but de cette étude est de simuler numériquement l’écoulement autour et à l'intérieur d'une nacelle soumise à un vent de travers, avion au sol, et de prévoir la carte de pression totale. Cette application est caractérisée par des zones de décollement sur la lèvre ainsi que par la cohabitation de zones transsoniques et de zones à faible nombre de Mach. L’utilisation de techniques dites de préconditionnement permet de traiter ces zones incompressibles à l'aide du code compressible elsA. La seconde caractéristique de cet écoulement est le phénomène d’hystérésis intervenant dans les processus de décollement et recollement de couche limite, conditionnant les techniques d’intégration temporelle. Enfin, la description correcte de ces décollements tridimensionnels nécessite une étude des modèles de turbulence dans une approche RANS ainsi que la prise en compte des phénomènes de transition. Ces méthodes sont développées et testées sur deux nacelles présentant des caractéristiques géométriques différentes. Nacelles design must fulfill geometrical constraints and engine requirements. One of the engine requirements is focused notably on the homogeneity of the flow in front of the fan which is quantified by the distortion levels of the total pressure in this plane. Airplane on the ground with crosswind is a critical case for the nacelle. Subsonic or supersonic separations occur in the inlet depending on the engine mass flowrate. The resulting heterogeneity of the flow may account for the outbreak of aerodynamic instabilities of the fan blades and, if the distortion is large enough, the fan might stall. The goal of this study is to have a robust, accurate and efficient tool capable of simulating complex flows around and inside a nacelle in a crosswind and to predict the distortion levels. This application is featured by the cohabitation of incompressible and transonic areas around the inlet lip. Local preconditioning procedures are used to compute low Mach regions with the compressible elsA software. The second flow feature of this application is the considerable hysteresis phenomenon occurring in the separation and reattachment processes, conditioning the time integration techniques. Lastly, an accurate description of complex three-dimensional separations requires the investigation of RANS turbulence models along with the study of transition phenomena. These methods are developed and tested on two different nacelles presenting different geometrical features.
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