Étude des performances aérodynamiques par simulations numériques d'un concept d'aéronef à décollage et atterrissage vertical (VTOL) destiné à la mobilité urbaine

L'accélération du développement urbain entraîne plusieurs nouvelles contraintes en termes de transports. De nouvelles solutions doivent être trouvées pour résoudre ces problématiques. Les aéronefs à décollage et atterrissage vertical (VTOL) hybrides ou électriques viennent répondre à ces besoins en permettant de relier deux points efficacement et rapidement par la voie des airs. Un nouveau concept de VTOL avec des soufflantes carénées intégrées dans les ailes a été proposé. Ce dernier possède une architecture lift and cruise qui permet de découpler les systèmes de propulsion pour augmenter sa fiabilité. Cette étude a comme objectif d'analyser les performances aérodynamiques de ce concept à travers ses trois phases principales de vol : le décollage et l'atterrissage à la verticale, le vol de transition et le vol de croisière horizontal. Elles seront tirées à partir de simulations fluidiques numériques (CFD) basées sur le modèle du Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS). La méthodologie employée afin de mettre en place ces calculs numériques sera présentée. On y retrouve entre autres la construction de la géométrie avec un logiciel de Computer-Aided Design (CAD), la définition du maillage, la modélisation de la poussée des soufflantes ainsi que le choix des conditions limites et des schémas numériques. Étant donné que des tests en soufflerie ne seront pas utilisés pour vérifier l'exactitude des résultats, la méthodologie sera d'abord appliquée sur un cas connu tiré de la littérature pour la valider. Les trois phases de vol seront par la suite simulées séparément. Dans un premier temps, les performances des soufflantes carénées en vol vertical seront étudiées. Il est estimé que la carène participe de façon importante à la poussée totale générée. Par la suite, une analyse des impacts des colonnes d'air créées pendant le vol transition sera faite. Finalement, les performances en vol de croisière seront étudiées par les coefficients de portance, de traînée et de moment de l'aéronef. Une étude de la stabilité sera également faite par la marge statique. Les résultats seront accompagnés par une phase de validation grâce aux différents critères comme la convergence, l'analyse des champs et l'étude de sensibilité au maillage. Des recommandations seront finalement données afin d'améliorer le concept et de pousser la recherche vers d'autres pistes.