Analyse et design aérodynamique haute-fidélité de l'intégration moteur sur un avion BWB

Le BWB (Blended Wing Body) est un type d'avion à fuselage intégré basé sur le concept d'aile volante. Ce type d'avion offre des avantages au niveau économique et environnemental avec une réduction de la consommation de kérosène obtenue en améliorant la performance aérodynamique. Dans le cadre de ce projet, l'avion initial provient d'un design conceptuel. Il est donc nécessaire d'améliorer la performance aérodynamique grâce à l'optimisation du corps principal du BWB. Dans ce contexte, nous désirons utiliser les méthodes de haute-fidélité, ce qui est peu fréquent dans la littérature. Ce projet développe une méthode d'optimisation automatique afin de réduire la traînée sur le corps principal. On réalise l'optimisation en deux étapes principales : avant et après l'intégration moteur. Notre objectif est de réduire la traînée en prenant en compte plusieurs contraintes réalistes dans une optimisation à haute-fidélité. Le logiciel commercial Isight est choisi comme optimiseur et celui-ci appelle le logiciel MATLAB pour commencer le processus d'optimisation. La génération de la géométrie est réalisée à l'aide du logiciel ANSYS-DesignModeler. Pendand l'optimisation, on maille la géométrie de manière non-structurée à l'aide ANSYS - Mesh et les calculs CFD sont faits à l'aide d'ANSYS-Fluent. Le tout est fait dans l'environnement d'ANSYS-Workbench qui est appelé par MATLAB. La méthode haute-fidélité est utilisée pendant l'optimisation en résolvant les équations de Navier-Stokes. Dans chaque étape d'optimisation, en vue de vérifier les résultats, nous avons réalisé, grâce au logiciel ICEM, un remaillage de l'avion plus fin que le maillage utilisé dans l'optimisation et de manière structuré. La première étape comprend une optimisation 3D sur la surface du corps principal avant d'ajouter le moteur. En utilisant le cas optimisé comme donnée d'entrée, on passe à la deuxième optimisation en ajoutant la nacelle. D'abord, cette étude a permis d'obtenir une réduction convenable du coefficient de traînée du BWB sans nacelle. Ensuite, en ajoutant la nacelle, on peut également réduire la traînée en réalisant une optimisation du corps principal localement. Enfin, la séparation d'écoulement créée dans la zone corps-nacelle a été supprimée.

Abstract

BWB (Blended Wing Body) is an innovative type of aircraft based on the flying wing concept. In this configuration, the wing and the fuselage are blended together smoothly. BWB offers economical and environmental advantages by reducing fuel consumption through improving aerodynamic performance. In this project, the goal is to improve the aerodynamic performance by optimizing the main body of BWB that comes from conceptual design. The high fidelity methods applied in this project have been less frequently addressed in the literature. This research develops an automatic optimization procedure in order to reduce the drag force on the main body. The optimization is carried out in two main stages: before and after engine installation. Our objective is to minimize the drag by taking into account several constraints in high fidelity optimization. The commercial software, Isight is chosen as an optimizer in which MATLAB software is called to start the optimization process. Geometry is generated using ANSYS-DesignModeler, unstructured mesh is created by ANSYS-Mesh and CFD calculations are done with the help of ANSYS-Fluent. All of these software are coupled together in ANSYS-Workbench environment which is called by MATLAB. The high fidelity methods are used during optimization by solving Navier-Stokes equations. For verifying the results, a finer structured mesh is created by ICEM software to be used in each stage of optimization. The first stage includes a 3D optimization on the surface of the main body, before adding the engine. The optimized case is then used as an input for the second stage in which the nacelle is added. It could be concluded that this study leads us to obtain appropriate reduction in drag coefficient for BWB without nacelle. In the second stage (adding the nacelle) a drag minimization is also achieved by performing a local optimization. Furthermore, the flow separation, created in the main body-nacelle zone, is reduced.