Les ventilateurs centrifuges à action dits « à cage d'écureuil » sont largement utilisés dans diverses applications. Ces machines sont caractérisées par des écoulements complexes fortement décollés et présentent des rendements aérodynamiques assez médiocres. Cette thèse concerne la prédiction numérique, la mise en oeuvre et l'analyse expérimentale du comportement aérodynamique instationnaire et aéroacoustique des ventilateurs centrifuges à action. Les travaux réalisés ont consisté en la simulation numérique des écoulements internes fortement tridimensionnels observés dans ces ventilateurs. Ces simulations numériques de type URANS effectuées sur différents débits de fonctionnement ont été validées expérimentalement. La validation expérimentale a concerné les grandeurs globales de l'écoulement (performances aérodynamiques), les grandeurs locales (fluctuations de pression pariétale) et les grandeurs acoustiques obtenues en champ libre et lointain. D'autre part, les essais expérimentaux ont contribué à valider une récente modélisation de la turbulence basée sur l'approche SAS. Outre la validation des modèles numériques utilisés dans les simulations, l'étude expérimentale couplée à d'autres calculs numériques appliqués à plusieurs prototypes de ventilateurs a permis de contribuer à l'optimisation des performances aérodynamiques et aéroacoustiques de ce type de machine. Ainsi, d'une géométrie à une autre, l'influence d'un certain nombre de paramètres géométriques constructifs a été évaluée.

Le tremblement est un phénomène qui touche diverses parties de l'avion, pouvant créer des problèmes de fatigue structurelle ou de confort et limiter l'enveloppe de vol. Il est par conséquent important de comprendre ce phénomène afin de mieux le prévoir. Quatre types de tremblement sont étudiés dans cette thèse, le tremblement de l'empennage horizontal, le tremblement intrados voilure, le tremblement de l'APF et le tremblement de l'extrados voilure. La première partie du mémoire détaille la physique de ces phénomènes à partir d'informations recueillies dans la littérature et de l'analyse de différentes campagnes d'essais en soufflerie. Cette partie met ainsi en évidence les caractéristiques instationnaires propres à chaque type de tremblement. La deuxième partie présente l'état de l'art sur la prévision du tremblement, permettant de montrer non seulement les défauts associés aux méthodes antérieures de modélisation mais également les avantages de l'utilisation de certains outils comme l'approche numérique pour mieux comprendre ces phénomènes. Finalement, la troisième partie présente le nouveau modèle semi-empirique basé sur les fonctions de cohérence et développé pour mieux représenter les phénomènes de tremblement étudiés. Une validation de ce modèle a été effectuée sur les différentes campagnes d'essais en soufflerie, donnant des résultats probants pour la plupart des phénomènes étudiés. / The buffeting is a phenomenon that can affect various parts of the aircraft creating problems of structural fatigue or comfort as well as limiting the flight envelope. It is hence important to understand this phenomenon in order to be able to better predict it. Four types of buffeting are studied in this thesis, the horizontal tail plane buffeting, the wing lower surface buffeting, the APF buffeting and the wing upper surface buffeting. The first part of the thesis describes the physics of these phenomena based on the information collected in the literature and analysis of different wind tunnel test campaign data. This section highlights the unsteady characteristics of each buffeting phenomenon. The second part presents the state of the art of the buffeting prediction, showing not only the difficulties associated with previous modelling methods but also the benefits of the use of certain tools such as CFD to better understand these phenomena. Finally, the third part presents the new semi-empirical model based on coherence functions and developed to better predict the different types of buffeting. A validation of this model was performed on various wind tunnel tests campaigns giving very good results for most of the analysed phenomena.

Cette étude vise à déterminer les limites d’application de l’hypothèse quasi stationnaire utilisée dans l’analyse du phénomène de galop des conducteurs. L’approche employée est purement expérimentale et consistait à réaliser des essais statiques et dynamiques sur une section en D, simulant un conducteur simple recouvert de glace. Les essais ont été effectués dans la soufflerie en circuit fermé de l’Université de Sherbrooke. Les forces aérodynamiques sont captées par une section dite flottante qui est fixée à une balance interne à 3 composantes. L’effet de l’angle d’inclinaison a été étudié pour les deux types d’essais. Les essais statiques ont été réalisés sur une section verticale et sur une section inclinée à 40 et 65 degrés par rapport à l’horizontale. Les coefficients de force et de moment moyens ainsi que les fréquences de détachement tourbillonnaire étaient mesurés à chaque angle d’attaque (α). Les essais statiques ont démontré que la pente du coefficient de portance par rapport à l'angle d'attaque (dC[indice inférieur L] / dα) est légèrement plus négative dans la plage d’angle de 0˚ < α < 40˚. Le coefficient de traînée est légèrement supérieur pour la section inclinée. Le coefficient de moment varie de façon moins progressive lorsque la section en D est inclinée. De plus, entre 80 et 100 degrés, la courbe du coefficient de moment est plus arrondie pour la section inclinée. Également, l’étude a permis de confirmer que l’écoulement autour de la section inclinée est différent, car les fréquences de détachement tourbillonnaire qui ont été observées ne sont pas les mêmes et ont des amplitudes différentes pour la section verticale et pour la section inclinée. Par exemple, pour un angle d'attaque de 0 à 40 degrés, la fréquence de détachement tourbillonnaire détectée dans les transformées de Fourier rapides des signaux provenant de la balance interne pour la section verticale est unique et de grande amplitude. Pour la section inclinée, plusieurs fréquences de faibles amplitudes sont détectées, résultant en plusieurs valeurs possibles du nombre de Strouhal. Certains articles suggèrent qu’un écoulement axial se propage le long du tube incliné, amplifiant la formation de vortex. Pour les essais dynamiques, l’amplitude et la fréquence des oscillations forcées en rotation ont été variées. Plusieurs vitesses du vent ont aussi été étudiées pour évaluer l’effet de la fréquence réduite d’oscillation. La comparaison des coefficients de force et de moment stationnaires et instationnaires a permis de conclure qu’appliquer des coefficients aérodynamiques mesurés sur un modèle stationnaire pour évaluer les efforts sur un conducteur en mouvement n’est pas une approche qui est toujours valide. L’augmentation de la fréquence de rotation et de l’amplitude de rotation ou la diminution de la vitesse du vent a pour effet d’augmenter les écarts entre les coefficients instationnaires et stationnaires. Ces écarts sont plus importants lorsque la section en D est inclinée. Les pentes des courbes de coefficients de portance et de moment instationnaires sont alors moins élevées. Également, la traînée est beaucoup moins importante. L’angle d’inclinaison a peu d’influence sur les coefficients de force et de moment instationnaires. Ils sont très similaires à ceux d’une section en D verticale.

Les problèmes aérothermiques typiquement rencontrés en ingénierie imposent un recours à des simulations numériques (CFD), qui, pour être réalistes, doivent nécessairement prendre en compte les phénomènes transitoires. L'emploi de modèles réduits ou de surfaces de réponse offre une alternative rapide et peu coûteuse à ces calculs exigeants en temps de calcul et en espace mémoire. L'objet de cette thèse est d'étoffer l'applicabilité de la méthode d'identification modale (MIM) dans le contexte de la mécanique des fluides. Il s'agit d'une méthode de réduction de modèle qui s'appuie sur la minimisation d'un écart entre les sorties d'un modèle de référence et celles d'un modèle réduit. Les paramètres du modèle réduit sont vus comme les variables d'un problème d'optimisation. Nous développons la méthode dans le cadre d'écoulements turbulents. L'écoulement autour d'un cylindre circulaire constitue le cas d'application principal de ces travaux. Il nous permet de tester nos méthodologies dans diverses configurations incompressibles : stationnaires, instationnaires, écoulements isothermes ou de convection forcée thermique. Ces modèles produisent des champs de vitesse, de température, des densités de flux de chaleur . . . Une autre application concerne un profil d'aile dans un écoulement sub à transsonique. Pour celle-ci, les sorties des modèles sont des coefficients de traînée et de portance, ainsi que des répartitions de coefficients de pression le long de la surface portante. Cet exemple nous permet de mettre en évidence l'impact de l'échantillonnage sur la construction du modèle.

Thèse de doctorat : Sciences, Mécanique énergétique, genie civil, acoustique : Ecole centrale de Lyon : 2003. / 82 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique et Energétique : Reims : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 173-175.

Thèse de doctorat : Sciences, Mécanique : Ecole centrale de Lyon : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. 82 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Dynamique des fluides : Toulouse, INPT : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 120 réf.. Index.

Thèse de doctorat : sciences. Turbomachines : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2006. Thèse de doctorat : sciences. Turbomachines : Rhode-Saint-Genèse (Belgique), Institut von Karman de dynamique des fluides : 2006. / 158 réf.

Thèse de doctorat : sciences. Turbomachines : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2006. Thèse de doctorat : sciences. Turbomachines : Rhode-Saint-Genèse (Belgique), Institut von Karman de dynamique des fluides : 2006. / 158 réf.