Reproduction de : Thèse de doctorat : Dynamique des fluides : Toulouse, INPT : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 243 réf.

Th. doct.--Aix-Marseille 2, 2003. / Bibliogr. p. 211-216. Résumé en français et en anglais. L'ouvrage porte par erreur ISSN 0078-3780.

Th. doct.--Rouen, 1993. / Bibliogr. p. 141-145. Résumé en français et en anglais.

Dans la mesure où le tremblement transsonique limite le domaine de vol des aéronefs, sa prédiction à moindre coût et son contrôle sont d'intérêt crucial pour les avionneurs. Nous proposons donc dans ce travail d'une part d'améliorer le calcul des écoulements transsoniques instationnaires typiques du tremblement et d'autre part d'évaluer une démarche de contrôle de ce phénomène. Le présent travail inclut un état de l'art sur le tremblement transsonique, une présentation des méthodes employées ainsi que des travaux de validation réalisés. Compte tenu des limitations de la modélisation statistique de la turbulence classique, l'utilisation de modélisations dites hybrides (PANS et DES) est alors explorée pour le calcul du tremblement transsonique sur profils supercritiques ; ces techniques permettent de reproduire numériquement avec une précision satisfaisante les phénomènes observés expérimentalement. Enfin, une démarche originale d'optimisation de formes est proposée afin de diminuer l'intensité ou de repousser l'apparition du tremblement transsonique sur profils d'ailes. Les cas traités (profils classique ou supercritique) ainsi que la démarche multi-objectifs adoptée permettent d'élaborer une méthodologie efficace et systématique d'obtention de formes plus performantes vis-à-vis du tremblement.

Thèse doctorat : Sciences. Mécanique : Ecole centrale de Lyon : 2004. / 176 réf.

Thèse doctorat : Sciences. Mécanique : Ecole centrale de Lyon : 2004. / Numéro national de thèse de l'original : 2004ECDL0004. Titre provenant de l'écran-titre. 176 réf.

Dans cette étude nous considérons l'interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente sur un écoulement transsonique sur une bosse d'un point de vue expérimentale et théorique.Des mesures expérimentales ont permis de montrer que l'interaction est caractérisée par la coexistence de deux fréquences caractéristiques distinctes, mais l'origine des oscillations est controversée. Des simulations numériques permettent une description de l'écoulement moyen, mais ne sont pas capables de reproduire le comportement instable de l'interaction. Nous proposons d'abord une étude de stabilité globale: une décomposition en valeurs propres de l'opérateur de Navier-Stokes linéarisé indique que l'interaction est un phénomène stable, et la dynamique de l'écoulement ne peut pas être décrite par un mode global instable.Nous considérons ensuite une approche linéarisée, où la réceptivité de l'écoulement à un forçage externe est analysée à travers une décomposition en valeurs singulières du Résolvant global. Cette nouvelle approche est proposée afin d'expliquer le processus de sélection de fréquence dans cet écoulement, et montre que l'interaction filtre et amplifie le bruit résiduel existant.La même approche est enfin appliquée sur un cas d'écoulement transsonique autour d'un profil d'aile, qui peut présenter des oscillations périodiques de l'onde de choc. La décomposition en valeurs propres de opérateur de Navier-Stokes linéarisé est capable de décrire la dynamique du choc, tandis que la décomposition en valeurs singulières du Résolvant global peut indiquer la présence des instabilité convectives. / A transonic interaction between a shock wave and a turbulent boundary layer is experimentally and theoretically investigated. The configuration is a channel flow over a bump, where a shock wave causes the separation of the boundary layer and a recirculating bubble is observed downstream of the shock foot.The mean flow is experimentally investigated by means of PIV, then different techniques allows to identify the main unsteadiness of this shock-wave/boundary-layer interaction. As recognised in similar configurations, the flow presents two distinguished characteristic frequencies, whose origins are still unknown.Numerical simulations are performed solving RANS equations. Results are in good agreement with the experimental mean flow, but the approach fails to predict the unsteady. The solution of RANS equations is then considered as a base flow, and a global stability analysis is performed. Eigenvalue decomposition of the Navier-Stokes operator indicates that the interaction is stable, and the dynamics cannot be described by unstable global modes.A linearised approach based on a singular-value decomposition of the Resolvent is then proposed: the noise-amplifier behaviour of the flow is highlighted by the linearised approach. Medium-frequency perturbations are shown to be the most amplified in the mixing layer, whilst the shock wave behaves as a low-pass filter.The same approach is then applied to a transonic flow over a profile, where the flow can present high-amplitude shock oscillations. The stability analysis can describe both the buffet phenomenon when an unstable mode is present, and the convective instabilities responsible of medium-frequency unsteadiness.

Le développement de l'accès à l'espace s'inscrit dans le contexte scientifique et économique actuel comme un enjeu majeur de l'industrie et de la recherche. Un des objectifs principaux est d'augmenter la capacité et le confort de la charge utile pour réduire les coûts de transport vers l'espace. L'exploitation des données en vol du lanceur Ariane 5 a mis en évidence la présence de fluctuations de pression pouvant induire des efforts instationnaires repris par les vérins du moteur Vulcain. Ces efforts s'exercent dans la zone décollée du culot d'un lanceur normalement à l'axe de la poussée, et sont qualifiés de charges latérales. Cette observation conduit à l'étude de deux aspects. Dans un premier temps, la dynamique des écoulements massivement décollés d'arrière-corps, à haut nombre de Reynolds et en régime compressible est considérée au moyen de simulations numériques ZDES. Une analyse approfondie des champs instantanés, moyens et fluctuants est réalisée au moyen de post-traitements avancés. Notamment, le champ tri-dimensionnel de pression fluctuante dans la région du culot fait l'objet d'analyses spectrales (Fourier) et modales (DMD) massives. Ensuite, le contrôle des phénomènes potentiellement nuisibles au confort de la charge utile à savoir le buffeting culot et l'ovalisation de tuyère est abordé. L'analyse physique de l'écoulement sur une géométrie tri-corps permet la conception d'un dispositif de contrôle adapté. Enfin, l'effet de deux dispositifs retenus (quatre jets équirépartis en azimut sur le corps central et augmentation de la section de passage entre les trois corps) est évalué au moyen des outils d'analyse de la dynamique de la configuration non contrôlée.

Les écoulements transsoniques rencontrés dans le cadre de la propulsion aéronautique et spatiale sont associés à l'apparition d'ondes de choc. En impactant la couche limite se développant sur une paroi, un gradient de pression adverse est généré qui conduit à l'épaississement ou au décollement de la couche limite. Lors de la vibration de la structure, l'onde de choc oscille et interagit avec la couche limite, générant une fluctuation de la pression statique à la paroi. Il s'ensuit alors un échange d'énergie entre le fluide et la structure qui peut être stabilisant ou au contraire conduire à une instabilité aéroélastique (flottement). La modélisation de la réponse instationnaire de l'interaction onde de choc / couche limite pour l'étude des interactions fluide-structure est l'objet de ce travail de recherche. Il s'appuie sur la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées (RANS) et la modélisation de la turbulence. Les méthodes et modèles utilisés ont été validés à partir de résultats expérimentaux issus d'une tuyère transsonique dédiée à l'étude des interactions fluide-structure. Ces travaux sont ensuite appliqués à l'amélioration de la prédiction du flottement en turbomachine. Une méthode linéarisée en temps permettant la résolution des équations RANS dans le domaine fréquentiel est utilisée. Nous confirmons l'importance de la dérivation du modèle de turbulence lors de la prédiction d'une interaction forte entre une onde de choc et une couche limite décollée. Une méthode de régularisation est présentée puis appliquée aux opérateurs non dérivables du modèle de turbulence k-! de Wilcox (2006). La prédiction de la réponse instationnaire de l'interaction onde de choc / couche limite dans une tuyère est évaluée à partir de simulations bidimensionnelles et présente un bon accord avec les données expérimentales. En évaluant l'influence de la fréquence réduite, une instabilité aéroélastique de type flottement transsonique est identifiée. Un dispositif de contrôle, reposant sur la génération d'ondes de pression rétrogrades à l'aval de la tuyère, est proposé puis validé numériquement. Enfin, une méthodologie est proposée pour comprendre les mécanismes aérodynamiques conduisant au flottement. Pour cela, il a été réalisé un dessin provisoire d'une soufflante transsonique à fort taux de dilution. Cette soufflante, l'ECL5, est destinée à l'étude expérimentale des instabilités aérodynamiques et aéroélastiques. La méthodologie proposée repose sur la simulation 2D d'une coupe de tête et met à profit la linéarisation pour analyser la contribution de sources locales en fonction de la fréquence réduite, du diamètre nodal et de la déformée modale / Transonic flows, which are common in aeronautical and spatial propulsion systems, produce shock-waves over solid boundaries. When a shock-wave impacts the boundary layer, an adverse pressure gradient is generated and a thickening or even a separation of the boundary layer is induced. If the solid boundary vibrates, the shock-wave oscillates, interacts with the boundary layer and produce a fluctuation of the static pressure at the wall. This induces an exchange of energy between the fluid and the structure which can be stabilising or lead to an aeroelastic instability (flutter).The main objective of this PhD thesis is the modelling of the unsteady behaviour the simulation of the shock-wave/boundary layer interaction for fluid-structure interaction studies. To this end, simulations have been carried out to solve Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations using two equations turbulence model. The method is validated thanks to experimental data obtained on a transonic nozzle dedicated to aeroelastic studies. This method is then use to increase the predictability of flutter events in turbomachinery.A time linearised frequency-domain method is applied to RANS equations. It is shown that the unsteady behaviour of the turbulent boundary-layer contributes to the fluctuating static pressure when the shock-wave boundary layer interaction is strong. Hence, the frozen turbulence assumption is not valid and the turbulence model must be derivated. Thus, the regularisation of the non derivable operators is proposed and applied on k-? Wilcox (2006) turbulence model.The unsteady behaviour of the shock-wave/boundary-layer interaction in a transonic nozzle is evaluated thanks to 2D numerical simulations and shows good agreement with experimental data. When varying the reduced frequency an aeroelastic instability is found, known as transonic flutter. An active control device generating backward travelling pressure waves is then designed and numerically validated.Finally, a methodology is proposed to understand the aerodynamic onsets of transonic flutter. To this end, a preliminary design of a high bypass ratio transonic fan has been carried out. This fan, named ECL5, is dedicated to experimental aerodynamic and aeroelastic studies. The methodology relies on 2D simulations of a tip blade passage and uses linearisation to analyse the contribution of local sources as a function of reduced frequency, nodal diameter and mode shape

L'étude porte sur le contrôle actif du phénomène de tremblement transsonique sur une voilure supercritique par l'utilisation de deux stratégies de contrôle : thermique et pneumatique. Des simulations numériques de l'écoulement naturel obtenues par résolution des équations de Navier-Stokes moyennées ont permis la restitution des différents régimes (avec ou sans tremblement) en bonne cohérence avec les données expérimentales. Les observations des champs moyens, des champs turbulents et des signaux de pression permettent d'établir le principe de fonctionnement et les performances des actionneurs. Le tremblement transsonique est alors soit repoussé soit supprimé autorisant ainsi l'élargissement du domaine de vol des aéronefs. L'étude paramétrique des deux actionneurs est réalisée aussi bien en mode de fonctionnement continu que rétroactif. Une campagne d'essai consolide et approfondie les résultats obtenues avec la stratégie pneumatique.