Rotor Wake Modelling Using the Vortex-Lattice Method

Le but de ce travail est de débuter le développement d'un modèle aérodynamique de basse-fidélité à moyenne-fidélité pour la simulation de vol d'hélicoptères. Le travail est limité à l'étude de rotors en vol stationnaire, en vol axial (montée) et en effet de sol. La méthode de réseau de vortex instationnaire (UVLM) a été choisie comme plateforme de développement. Deux modèles de sillage basés sur la loi de Biot-Savart sont étudiés : le sillage classique de panneaux, tel que présenté par Katz et Plotkin, et le sillage de particules de vorticité (vortons), tel que présenté par Winkelmans et Leonard. Pour fidèlement représenter le sillage d'un hélicoptère, quatre modèles à noyau visqueux ont été implémentés pour enlever les singularités de la méthode UVLM. Les modèles Lamb-Oseen, Scully et Vatistas sont utilisés pour le modèle de sillage de panneaux, alors que le modèle de lissage algébrique est utilisé pour le sillage à vortons. Le sillage est convecté librement dans l'air, permettant l'enroulement du sillage en bout de pale, ainsi que des effets instationnaires. Les modèles à noyau visqueux sont comparés à l'aide du rotor de Caradonna-Tung. Le modèle de Lamb-Oseen est le plus rapide à converger en génération de poussée pour le sillage classique de panneaux. Toutefois, le sillage composé de particules de vorticité est le plus stable dans la génération de poussée. Il permet également la convergence en traînée (puissance requise du moteur), permettant le calcul de l'indicateur de qualité du rotor. La position du sillage développé par ces deux méthodes converge également. Des simulations utilisant un sillage composé de vortons sont comparées aux résultats expérimentales du rotor de Caradonna en montée. L'indicateur de qualité obtenu par la simulation est surestimé en comparant aux mesures expérimentales. Ce résultat est attendu, car la UVLM utilise une approche non visqueuse. Le couplage de cette méthode à une base de données visqueuse est proposé. Le modèle de sillage utilisant des vortons est ensuite comparé aux résultats expérimentales du rotor anticouple du Lynx en effet de sol. Une augmentation de la poussée générée par le rotor est obtenue en approchant le rotor du sol, en accord avec les résultats expérimentales. La convergence devient problématique lorsque le rotor s'approche du sol. Des effets instationnaires, tels que la génération d'anneaux de vorticité près du moyeu du rotor, sont capturés.