Thèse Simulation de l'Interaction Entrée d'Air Serpentine - Compresseur H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : ONERA-DAAA : Département Aérodynamique, Aéroélasticité, Acoustique Direction de la thèse : Julien MARTY ORCID 0000000212471390 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-17T23:59:59 Que ce soit dans le secteur civil (architectures BLI et BWB) ou dans le secteur militaire pour des raisons de furtivité, les moteurs sont fortement intégrés au fuselage, ce qui implique une entrée d'air sinueuse, également appelée « S-Duct ». Ce type d'entrée génère un écoulement très complexe et instationnaire, mais surtout distordu. Cette distorsion peut être radiale et/ou circonférentielle, avec une amplitude variable, et peut affecter le compresseur en aval. Jusqu'à présent, en raison de la séparation entre les constructeurs d'avions et les motoristes, ces interactions ont été peu étudiées ; les analyses se sont limitées à un plan d'interface, sans que les deux configurations (S-Duct et compresseur) ne soient examinées simultanément. Les deux parties abordent principalement cette question à travers des coefficients ou des indices de distorsion.
Du point de vue du constructeur de moteurs, l'objectif consiste alors à reproduire le profil de distorsion à l'aide d'un générateur de distorsion. Il existe plusieurs stratégies pour concevoir de tels générateurs, permettant de moduler l'amplitude de la distorsion, de combiner plusieurs profils (pression, tourbillon) simultanément et de moduler spatialement leur emplacement. Les travaux menés par Virginia Tech en sont un exemple.
Néanmoins, plusieurs phénomènes ont été négligés, et le fait de réduire la distance entre la source de distorsion et le compresseur renforce leur interaction. Le premier effet négligé jusqu'à présent est l'absence de rétroaction du compresseur sur l'écoulement à l'intérieur du S-Duct. La grille de distorsion perd de sa représentativité si elle n'est pas conçue en tenant compte de la présence du compresseur. De plus, les effets instationnaires sont absents, alors même qu'ils peuvent favoriser le décrochage ou le pompage du compresseur. Cette question met en évidence la nécessité de disposer d'une méthodologie capable de représenter au mieux le caractère instable de la distorsion lorsque la simulation repose sur une approche URANS (turbulence modélisée).
À l'heure actuelle, les principales études sont de nature expérimentale. Par exemple, les travaux menés à Cranfield sur un rotor de soufflante ne sont pas très représentatifs d'un véritable compresseur, et les recherches menées par l'Université des forces armées fédérales allemandes, ont consisté à placer un S-Duct devant le moteur Larzac 04 afin d'étudier l'interaction avec le compresseur BP de ce moteur.
Cette dernière étude s'est concentrée sur l'influence du compresseur sur l'écoulement dans le plan « AIP » et sur les indices de distorsion. En raison de leur coût élevé, très peu d'études numériques ont porté sur l'ensemble du système. À notre connaissance, les simulations restent encore découplées. Pour étudier l'écoulement dans une entrée d'air sinueuse, il faut recourir à la méthode Zonal Detached Eddy Simulation développée à l'ONERA. Dans le domaine des compresseurs, les principales approches sont URANS et BodyForce.
Les objectifs de cette thèse sont d'étudier numériquement l'interaction entre une entrée d'air serpentine et le compresseur CME2, et de réexaminer la stratégie numérique qui repose actuellement sur l'utilisation d'une cartographie de distorsion ne tenant pas compte de cette interaction ni de l'instabilité. Cette vise à traiter la problématique de la distorsion d'entrée d'air sur les moteurs militaires. Les objectifs de cette thèse sont d'étudier numériquement l'interaction entre une entrée d'air serpentine et le compresseur CME2 et de revisiter la stratégie numérique reposant sur l'utilisation d'un motif de distorsion ne tenant pas compte de cette interaction ni de l'instationnarité.