L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR DU PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE EST ETUDIE PAR L'ANALYSE PHYSIQUE, SIMULATION NUMERIQUE, AINSI QUE PAR LA COMPARAISON AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES. L'APPROCHE DE MACROSIMULATION DE STRUCTURES ORGANISEES (OES, ORGANIZED EDDY SIMULATION ) EST ADOPTEE EN COUPLAGE AVEC LE MODELE DE TURBULENCE A DEUX EQUATIONS, DANS LE PRESENT TRAVAIL. UNE ETUDE DU CHOIX DU TRAITEMENT PARIETAL APPROPRIE EST EFFECTUEE AU SEIN DU MODELE DE TURBULENCE. UNE ANALYSE DETAILLEE DE LA DEPENDANCE DE LA SOLUTION VIS-A-VIS DE PARAMETRES NUMERIQUES, ET NOTAMMENT DE MAILLAGES EST PRESENTEE. L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR DU PROFIL D'AILE IMMOBILE A DES INCIDENCES DE 12, 14 ET 20 EST ETUDIE. L'INSTATIONNARITE NATURELLE DE L'ECOULEMENT EST PRISE EN COMPTE PAR L'APPROCHE DE MODELISATION DES STRUCTURES ORGANISEES. LE MODELE A DEUX EQUATIONS INCLUANT LE TRAITEMENT PARIETAL A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS BASE SUR LA FONCTION D'AMORTISSEMENT CHOISIE EST IMPLEMENTE SUR LE MAILLAGE APPROPRIE. L'AUGMENTATION DISCRETE DE L'INCIDENCE PERMET L'OBSERVATION DE L'EVOLUTION DU DECOLLEMENT DE LA COUCHE LIMITE, AINSI QUE L'APPARITION DE L'ALLEE TOURBILLONNAIRE ALTERNEE DE VON KARMAN ET DES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ. L'ETUDE DU PROFIL OSCILLANT AUTOUR DE L'INCIDENCE MOYENNE DE 12 PERMET D'ESTIMER L'IMPACT DE L'INSTATIONNARITE FORCEE SUR L'ECOULEMENT AUTOUR DU PROFIL, AINSI QUE SON INTERACTION AVEC L'INSTATIONNARITE NATURELLE. DEUX TYPES D'OSCILLATIONS SONT CONSIDERES : LE MOUVEMENT DE TYPE TANGAGE ET LE MOUVEMENT COMBINE DE TAMIS/TANGAGE. L'APPARITION DU TOURBILLON DE DECROCHAGE ET LE PHENOMENE DE RELAMINARISATION SONT OBSERVES. CE DERNIER SE MANIFESTE PAR L'APPARITION DE BOUCLES D'HYSTERESIS SUR LES COURBES DES PARAMETRES AERODYNAMIQUES. LE MODELE DU PREMIER ORDRE A DEUX EQUATIONS PERMET UNE PREDICTION CORRECTE DES PHENOMENES PROPRES AUX ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES AUTOUR DE PROFILS D'AILE ET UN RELATIVEMENT BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE.

DANS CETTE THESE, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES A LA SIMULATION NUMERIQUE DE PHENOMENES D'INTERACTION FLUIDE-STRUCTURE. PLUS PRECISEMENT NOUS AVONS MIS AU POINT DES METHODES D'INTEGRATION DECALEE, QUE NOUS AVONS ENSUITE APPLIQUEES A DES CAS AEROELASTIQUES 2D NON-LINEAIRES. LES METHODES COURAMMENT UTILISEES POUR CES SIMULATIONS ONT D'ABORD ETE DETAILLEES. PARMI CELLES-CI, LES METHODES DECALEES PERMETTENT L'EMPLOI MODULAIRE DE PROCEDURES CLASSIQUES DANS CHAQUE SOUS-DOMAINE. SUR UN PROBLEME MODELE 1D LINEAIRE, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DE L'ALGORITHME DE COUPLAGE UTILISE. NOUS AVONS DEMONTRE QUE DES CONSIDERATIONS ENERGETIQUES PERMETTENT D'ASSURER NON SEULEMENT LA STABILITE DU SYSTEME LINEAIRE COUPLE MAIS AUSSI L'INCONDITIONNELLE STABILITE DE NOUVEAUX SCHEMAS DECALES IMPLICITES, OU LE FLUIDE EST SOUS-CYCLE, CE QUI PERMET UNE SIMULATION PLUS RAPIDE, SURTOUT SUR MACHINES PARALLELES. LES IDEES GENERALES DEGAGEES DE CES MODELES ONT ENSUITE ETE APPLIQUEES A DES PROBLEMES 1D NON-LINEAIRES. NOUS AVONS ELABORE UNE NOUVELLE METHODE A INTERFACE DOUBLE, PLUS SOUPLE ET PLUS PRECISE, PUIS NOUS L'AVONS APPLIQUEE A DES PROBLEMES D'ECOULEMENTS 2D INSTATIONNAIRES NON-VISQUEUX AUTOUR DE STRUCTURES LINEAIRES MOBILES ET/OU DEFORMABLES EN FLOTTEMENT TRANSSONIQUE OU SUPERSONIQUE: DES RESULTATS PRECIS FURENT OBTENUS EN DE BIEN MOINDRES TEMPS DE CALCUL

L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR D'UN PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE A ETE ETUDIE POUR UN FLUIDE INCOMPRESSIBLE. LA CONFIGURATION DU PROFIL D'AILE A ETE PLACEE DANS UN ECOULEMENT UNIFORME STATIONNAIRE OU OSCILLANT EN TAMIS. LA MISE EN UVRE D'UN LOGICIEL DE CALCUL EST EFFECTUEE EN MAILLAGE CURVILIGNE DE TYPE H, PRECIS AU SECOND ORDRE TEMPOREL ET SPATIAL, PERMETTANT LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPLETES POUR UN SILLAGE DE GEOMETRIE COMPLEXE, AFIN DE PREDETERMINER LA NAISSANCE D'INSTABILITES, DU DECOLLEMENT INSTATIONNAIRE ET DES STRUCTURES ORGANISEES DU SILLAGE A DES NOMBRES DE REYNOLDS MODERES. DANS CE CONTEXTE, UNE ANALYSE PHYSIQUE DES PROPRIETES DE L'ECOULEMENT A LA SORTIE DU DOMAINE A PERMIS DE DEVELOPPER DES CONDITIONS LIMITES NON-REFLECTIVES, EN ECOULEMENT INCOMPRESSIBLE ET INSTATIONNAIRE, DANS LE SYSTEME DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. CE TYPE DE CONDITIONS LIMITES A PERMIS D'UTILISER UNE DISTANCE RAISONNABLE A L'AVAL ET D'EFFECTUER DES ECONOMIES NOTABLES SUR LE TEMPS DE CALCUL. AINSI IL MINIMISE LES EFFETS DE RETROACTION ET DE CONFINEMENT ARTIFICIEL. LE DEVELOPPEMENT DU MODELE DE TURBULENCE INSTATIONNAIRE A DEUX EQUATIONS EST EFFECTUE SUR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN MOYENNE DE PHASE POUR LES NOMBRES DE REYNOLDS ELEVES. CETTE METHODOLOGIE PERMET DE CALCULER LES EFFETS FORTEMENT INSTATIONNAIRES (ECOULEMENT TURBULENT EN TAMIS) POUR UNE GEOMETRIE COMPLEXE. UN TRAITEMENT DE MODELE A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS EST INCLUS. UNE MODELISATION POUR LE TERME DE PRODUCTION D'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE, EN FONCTION DU ROTATIONNEL LOCAL, EST PROPOSEE D'APRES DES CONSIDERATIONS PHYSIQUES, AFIN DE SURMONTER LE PROBLEME DE LA SURPRODUCTION D'ENERGIE TURBULENTE DANS LA REGION AU VOISINAGE DU POINT D'ARRET. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS MONTRENT L'EFFICACITE DE CETTE APPROCHE POUR LA PREDETERMINATION DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES, DECOLLES EN SITUATION NATURELLE ET FORCEE

CETTE ETUDE EST CONSACREE A LA SIMULATION NUMERIQUE D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES D'UN FLUIDE COMPRESSIBLE, VISQUEUX ET NON-VISQUEUX. DANS UN PREMIER TEMPS, ON SE PLACE DANS UN CADRE MONODIMENSIONNEL ET L'ON S'INTERESSE A LA MISE AU POINT DE SCHEMAS NUMERIQUES SUFFISAMMENT PRECIS POUR PERMETTRE LA SIMULATION D'ECOULEMENTS DE FLUIDES EN REGIME INSTATIONNAIRE. ON PRESENTE ENSUITE L'EXTENSION DE CES SCHEMAS AU CAS BIDIMENSIONNEL LORSQUE L'ECOULEMENT DU FLUIDE EST MODELISE PAR LE SYSTEME DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. LA DISCRETISATION SPATIALE EST DU TYPE MIXTE ELEMENTS/VOLUMES FINIS SUR DES MAILLAGES TRIANGULAIRES NON-STRUCTURES. ON ETUDIE ENFIN LA MISE EN UVRE DE SIMULATIONS NUMERIQUES SUR UNE ARCHITECTURE MASSIVEMENT PARALLELE DE TYPE SYNCHRONE. DANS LE CAS OU L'ON UTILISE DES GRILLES DE CALCUL IRREGULIERES, UNE ATTENTION PLUS PARTICULIERE DOIT ETRE PORTEE A LA GESTION DES COMMUNICATIONS SI L'ON NE VEUT PAS VOIR LES PERFORMANCES DE CE TYPE DE MACHINE SE DEGRADER DE FACON DRAMATIQUE

L'ensemble des travaux de thèse se place dans le cadre du projet de recherche ANR (Agence Nationale de la Recherche) CapCAO (Conception Assistée par Paramétrisation pour une Conception Aéroélastique Optimisée). L'objectif principal est de procéder à la simulation numérique un écoulement transsonique perturbé par mécanisme de forçage extérieur tout en réduisant le temps de calcul par rapport aux approches conventionnelles. Les deux axes retenus pour répondre à cette problématique reposent sur la formulation du problème instationnaire. Les équations de Navier-Stokes linéarisées en temps se basent sur le calcul explicite des matrices jacobiennes des flux. Elle sont alors résolues sans l'utilisation d'un pseudo-temps ce qui permet d'améliorer la robustesse et la stabilité du calcul. La seconde approche retenue s'appuie sur le caractère périodique de l'écoulement en utilisant une décomposition en série de Fourier de la réponse du fluide à l'excitation mécanique imposée. La méthode d'équilibrage harmonique est étendue aux cas des maillages mobiles. Les capacités de prédiction des deux méthodes sont analysées et discutées au moyen de différentes comparaisons avec un solveur instationnaire non linéaire et des résultats expérimentaux obtenus sur la tuyère VM100 du KTH (Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden). Deux types d'excitation sont utilisées, une perturbation de contre-pression à l'aide d'une came elliptique en sortie et une bosse vibrante présente sur la paroi basse de la tuyère. Le temps de calcul est divisé par deux ou trois ordres de grandeur avec la méthode linéarisée et par un ordre de grandeur dans le cas de la méthode d'équilibrage harmonique.

L'ETUDE NUMERIQUE D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES, EXTERNES, DECOLLES, DE FLUIDE VISQUEUX INCOMPRESSIBLE AUTOUR D'UN PROFIL D'AILE A GRANDE INCIDENCE A ETE EFFECTUE PAR LA TECHNIQUE DES DIFFERENCES FINIES ET LA SIMULATION DES GRANDES ECHELLES. LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES SONT RESOLUES EN FORMULATION VITESSE-TOURBILLON (3D) ET FONCTION DE COURANT-TOURBILLON (2D) SUR DES MAILLAGES CURVILIGNES ORTHOGONAUX. LES METHODES NUMERIQUES ONT ETE EVALUEES POUR UN FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS PAR COMPARAISON AVEC L'EXPERIENCE. DIFFERENTS MODELES DE SOUS-MAILLE ONT ETE TESTES EN DEUX DIMENSIONS ET A GRAND NOMBRE DE REYNOLDS. UN NOUVEAU MODELE APPELE GRADIENT DU TOURBILLON EST PROPOSE DANS LE CAS D'ECOULEMENTS BI-DIMENSIONNELS. UN CALCUL 3D EST EFFECTUE A GRAND NOMBRE DE REYNOLDS ET ON COMPARE LES RESULTATS DES SIMULATIONS DES GRANDES ECHELLES 2D ET 3D AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX.