Simulation du givrage sur ailes en flèche par méthodes RANS/Eulérienne quasi stationnaires

Les simulations numériques prennent de plus en plus de place dans les processus de conception et de certification en ingénierie, il en va de même dans le domaine de l'aéronautique. Les programmes utilisés par l'industrie aéronautique permettent maintenant de simuler très précisément les phénomènes physiques reliés aux avions, grâce à un développement constant de la technologie. Cependant, certains domaines moins connus stagnent; c'est le cas des simulations de givrage en vol sur les avions. Afin d'évaluer quantitativement l'accumulation de la glace sur un avion selon différents paramètres atmosphériques, un programme de givrage nécessite la résolution de plusieurs phénomènes physiques, l'écoulement de l'air, l'écoulement des gouttelettes d'eau dans l'air, les échanges thermodynamiques sur la surface recevant des gouttelettes et la production de la nouvelle surface. Un manque de précision dans un seul de ces modules compromet le résultat final. Or, les logiciels utilisés par l'industrie sont composés de technologie basse fidélité. Ces logiciels, développés dans les années 90 n'ont pas été améliorés par l'ajout de nouvelles technologies de haute fidélité depuis l'an 2000. La raison est simplement que l'implémentation de ces nouvelles technologies est parfois complexe et risquée d'un point de vue financier. Pourtant, l'augmentation des contraintes en givrage imposées par les autorités de certification rend ce changement nécessaire. C'est pourquoi Bombardier Aéronautique s'intéresse au développement d'un nouveau programme de givrage porté au niveau de l'état de l'art dans le domaine. Une collaboration a donc été établie avec Polytechnique Montréal, sous la supervision du professeur Éric Laurendeau, afin que les meilleures techniques soient implémentées et validées en milieu universitaire où les risques sont moindres. Le projet comporte deux objectifs principaux: d'abord, créer un programme bidimensionnel d'accrétion de glace en vol robuste, efficace et automatique, et ensuite, ajouter un modèle simulant en partie les effets tridimensionnels du givrage plus rapidement qu'une simulation tridimensionnelle complète. Dans la première partie du projet, les différents modules requis pour la simulation du givrage ont été développés. Une hiérarchie claire a été définie afin d'intégrer les modules déjà existants au sein du groupe de recherche: le mailleur NSGRID, le solveur Navier-Stokes NSCODE et le préprocesseur chimère. Le premier permet de générer les maillages requis à toutes les itérations du processus de givrage. Le second résout l'écoulement de l'air autour du profil simulé. Le dernier gère la superposition de grilles, ce qui diminue les contraintes sur les maillages, en augmentant ainsi la qualité, et permet la simulation de profils composés de plusieurs éléments. Les modules créés au sein du projet sont donc le solveur du champ de gouttelettes, le modèle thermodynamique et l'algorithme d'évolution de la géométrie. Trois schémas de solveur ont été implémentés pour résoudre les équations Eulériennes du champ de gouttelettes: un schéma explicite Runge-Kutta, un schéma semi-implicite Runge-Kutta et un schéma implicite d'Euler. Chaque fois, le manque d'efficacité et de robustesse nécessitait l'application d'un nouveau schéma. Il est apparu que le schéma d'Euler implicite est le plus efficace et qu'il est très robuste lorsque les équations sont résolues de façon découplées. C'est donc ce schéma qui a été utilisé pour obtenir tous les résultats.