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Le 17 juin 2021 à 14h00

Soutenance de thèse: Thomas ASTOUL – “Amélioration de la méthode de Boltzmann sur réseau pour réaliser des simulations aéroacoustiques avec des maillages non-uniformes: Application à la prédiction du bruit de train d’atterrissage.”

Marie LABADENS |  CERFACS, TOULOUSE - SALLE ADMINISTRATION EN VISIOCONFÉRENCE  |  

Résumé 

La prédiction de bruit de train d’atterrissage est un enjeu majeur pour un constructeur aéronautique, puisqu’il contribue à environ 40% du bruit total de l’aéronef lors des phases d’approche. Les essais en vol et ceux réalisés en souffleries anéchoïques ont permis de comprendre les mécanismes de génération du bruit, ainsi que de développer des dispositifs permettant de le réduire. Cependant, ces méthodes sont très longues et coûteuses à mettre en oeuvre. Les méthodes de simulation numériques (CFD) émergent ainsi comme un complément essentiel à ces approches expérimentales. L’écoulement autour des trains d’atterrissage est complexe et fortement instationnaire, et le bruit généré est de nature large bande. De part ces caractéristiques, il est nécessaire de se tourner vers des méthodes instationnaires de modélisation de la turbulence, comme la simulation aux grandes échelles (LES), pour prédire ces sources acoustiques. La méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) est une méthode numérique qui a récemment montré un fort potentiel pour ce type d’applications, grâce à sa précision, son faible temps de restitution et sa capacité à gérer des géométries complexes, et de ce fait, est adoptée pour cette thèse. Les simulations aéroacoustiques nécessitent une grande précision puisque les fluctuations acoustiques, qui sont de plusieurs ordres de grandeur inférieures aux fluctuations aérodynamiques, doivent être correctement capturées et propagées. Néanmoins, les raccords de maillages non conformes utilisés en LBM ont l’inconvénient de générer de la vorticité et de l’acoustique parasites se propageant au coeur du fluide, au risque d’affecter les prédictions de bruit. L’objectif de cette thèse est de développer de nouveaux modèles de transition de maillage dans le code LBM “LaBS/proLB”, et de les valider sur des cas d’application d’aéroacoustique de train d’atterrissage. Deux axes principaux sont étudiés pour remédier à ces phénomènes : 1/ Une étude du schéma numérique au coeur du fluide est effectuée, mettant en exergue la responsabilité des modes non-hydrodynamiques, spécifiques à la LBM, dans la génération de vorticité et d’une portion de l’acoustique parasite émise aux raccords de maillages. Après une étude approfondie de l’implication de ces modes, un modèle de collision approprié (H-RR) est selectionné pour filtrer ces derniers lors d’une simulation. La stabilité et la précision de ce modèle ainsi que d’autres schémas LBM dans des conditions typiques de simulations aéroacoustiques sont également investiguées. Cette étude met en évidence des problèmes de stabilité, ainsi qu’une précision discutable de nombreux schémas LBM avancés disponibles dans la littérature. 2/ Un algorithme de couplage direct entre deux grilles de résolution différentes est proposé. Cet algorithme permet de grandement améliorer la précision des raccords non-conformes et, de ce fait, de réduire l’émission acoustique parasite produite par la traversée de ces interfaces par des tourbillons composant les sillages. Enfin, le train d’atterrissage LAGOON permet de valider ces ingrédients numériques. Une étude aérodynamique puis aéroacoustique via un couplage avec un code de propagation acoustique basé sur l’analogie de Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) sont menées. Les limites de cette analogie dans sa formulation solide, généralement utilisée pour prédire le bruit de train d’atterrissage, sont soulignées. Enfin, l’effet de composants additionnels de complexité croissante sur le bruit généré est étudié.

Mots clés:  Méthode de Boltzmann sur réseau, Bruit de train d’atterrissage,Raffinement de maillage, Aéroacoustique, CFD, Couplage CFD/CAA

Membres du jury

Directeur de thèseM. Pierre SAGAUTAix Marseille Université
RapporteurM. Damiano CASALINOUniversité de technologie de Delft
RapporteurM. Jonas LATTUniversité de Genève
ExaminateurM. Alois SENGISSENAirbus Operations SAS
ExaminateurM. Éric MANOHAONERA
ExaminateurM. Stéphane MOREAUUniversité de Sherbrooke
ExaminateurMme Véronique FORTUNÉUniversité de Poitiers
Membre invitéM. Jean-François BOUSSUGECERFACS
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