Reynolds-Averaged Navier-Stokes Based Ice Accretion For Aircraft Wings

Cette thèse aborde l'un des enjeux actuels de la sécurité aérienne pour augmenter les capacités de simulation de givrage pour la prédiction des formes complexes 2D et 3D de verglas sur les surfaces des aéronefs. Durant les années 1980 et 1990, le domaine de l'aérogivrage numérique s'est développé pour soutenir la conception et la certification des aéronefs volant dans des conditions givrantes. Les technologies multidisciplinaires utilisées dans ces codes étaient : l'aérodynamique (méthode des panneaux), le calcul des trajectoires des gouttelettes (méthode Lagrangienne), le module thermodynamique (modèle Messinger) et le module de géométrie (accumulation de glace). Ceux-ci sont intégrés dans un module quasi-stationnaire pour simuler le processus d'accumulation de glace en fonction du temps (procédure à plusieurs pas de temps). Les objectifs de la présente recherche visent à améliorer le module aérodynamique en passant de Laplace à un solveur d'équations de Navier-Stokes moyennée (RANS). Les avantages sont nombreux. Tout d'abord, le modèle physique permet le calcul des effets visqueux dans le module aérodynamique. Deuxièmement, la solution du programme d'aérogivrage fournit directement les moyens pour caractériser les effets aérodynamiques du givrage, comme la perte de portance et la traînée accrue. Troisièmement, l'utilisation d'une approche de volumes finis pour résoudre les équations aux dérivées partielles (PDE) permet des analyses rigoureuses de convergence en maillage et en temps. Enfin, les approches développées en 2D peuvent être facilement transposées aux problèmes 3D. La recherche a été réalisée en trois étapes principales, chacune fournissant des aperçus des approches numériques globales. La réalisation la plus importante vient de la nécessité de développer des algorithmes de génération de maillage spécifiquement pour assurer des solutions réalisables en plusieurs étapes de calculs très complexes d'aéro-givrage. Les contributions sont présentées dans l'ordre chronologique de leurs réalisations. D'abord, un nouveau cadre de simulation de glace bidimensionnel basé sur un code RANS, CANICE2D-NS, est développé. Un code RANS à maillage à simple bloc de l'université de Liverpool (nommé SMB) fournit la solution aérodynamique en utilisant le modèle de turbulence Spalart-Allmaras. L'outil commercial ICEM CFD est utilisé pour le remaillage du profil glacé pour le lissage du domaine.