Impact du changement climatique : sensibilité des performances d’un moteur d’avion aux températures extrêmes dans les conditions de décollage
Stage | Modélisation du climat et de son changement global | Climat, Environnement, Incertitude
Niveau requis : M2
Date de début : 4 mars 2024
Durée de la mission : 6 mois
Date limite des candidatures : 22 décembre 2023
Gratification : 550 euros
Stage de 6 mois en dernière année d’école d’ingénieur ou de Master, idéalement, vous avez une formation en mécanique des fluides et performance des moteurs d’avion. De bonnes compétences en programmation (Python) et une connaissance des problématiques énergie/climat sont un atout. De bonnes compétences en communication et une capacité à travailler dans un environnement multidisciplinaire sont nécessaires.
Veuillez envoyer votre candidature à suzanne.salles@isae-supaero.fr, sophie.ricci@cerfacs.fr et nicolas.gourdain@isae-supaero.fr, avant le 22 décembre 2023.
L’aviation contribue au réchauffement de la planète à la fois directement par les émissions de gaz à effet de serre et indirectement par des effets autres que le CO2, tels que les traînées de condensation et les émissions de NOx [1]. Alors que le secteur de l’aviation a progressivement amélioré son efficacité énergétique par km.passager, le changement climatique a commencé à avoir un impact sur la capacité des avions à fonctionner de manière sûre et efficace (modification des régimes de vent, turbulences en ciel clair plus fréquentes et vagues de chaleur par exemple). Un programme de recherche intitulé « Impact du changement climatique sur l’aviation » (ICCA), mené par le CERFACS, l’ONERA, METEO- FRANCE, l’ENAC et l’ISAE-SUPAERO a débuté en 2019 pour évaluer et quantifier les différents effets physiques du réchauffement climatique sur l’aviation. Parmi ces effets, l’influence croissante des vagues de chaleur lors des opérations d’atterrissage et de décollage est d’une importance capitale.
L’objectif principal de ce stage est de quantifier la sensibilité de différentes architectures de moteurs, en termes d’opérabilité et de performance, à des conditions de température extrêmes. Ce travail se fera en partenariat avec un projet de doctorat mené par Suzanne Salles dans le Dpt. Aérodynamique, Energétique et Propulsion à l’ISAE-SUPAERO et dans l’équipe Global Change au CERFACS qui se concentre sur l’impact de la chaleur et de l’humidité extrêmes sur les performances de décollage d’un avion. Le projet doctoral repose sur :
- l’identification des conditions climatiques futures pour différents aéroports dans le monde, grâce à des modèles climatiques (dont le CNRM-CM6, un modèle de circulation générale atmosphère-océan entièrement couplé développé par le CNRM/CERFACS),
- les données atmosphériques (température, humidité) sont ensuite utilisées pour définir les conditions météorologiques au jour le jour et évaluer la réponse en termes de performance grâce à un modèle de performance de l’avion. Dans le modèle de performance, un modèle thermodynamique 0D du moteur calcule la poussée en sortie ;
- enfin, les incertitudes et les sensibilités associées aux variables atmosphériques d’entrée sont quantifiées et propagées à l’aide d’une méthodologie spécifique.
L’objectif principal de ce stage sera de mieux caractériser la sensibilité de la réponse de différentes architectures de moteurs à de telles vagues de chaleur, allant du turbofan à taux de dilution modéré (CFM56) à l’architecture à turbopropulseur (futur moteur RISE). Les performances du moteur seront estimées à l’aide d’un modèle 0D du cycle thermodynamique obtenu avec le logiciel de simulation orienté objet de PRopulsion, PROOSIS (voir Fig. 1b). Pour chaque moteur modélisé, une analyse de la sensibilité des performances de sortie aux variables atmosphériques et aux paramètres du moteur pourra alors être envisagée.
Références
[1] S. Delbecq, J. Fontane, N. Gourdain, T. Planès, F. Simatos. (2023). Sustainable aviation in the context of the Paris Agreement: A review of prospective scenarios and their technological mitigation levers, Progress in Aerospace Sciences, Volume 141, 2023
[2] A. Joksimovic, S. Duplaa, Y. Bousquet and N. Tantot. (2019). Performance prediction methodology and analysis of a variable pitch fan turbofan engine. Aeronautics and Aerospace Open Access J., 2(6), pp. 394-402
[3] A. Gossard, S. Salles, B. Roiron, S. Ricci, N. Gourdain, E. Sanchez and V. Gallardo. (2022). Impact of global warming on aircraft aerodynamics and engine thrust at take-off conditions, 56th 3AF International Conference on Applied Aerodynamics, FP107-AERO2022, Toulouse, France
