Étude numérique de la dispersion des émissions de moteur dans le sillage tourbillonnaire d'un avion en configuration hypersustentée

Résumé

Une augmentation importante du trafic aérien est à prévoir pour les prochaines années. La problématique de la qualité de l’air près du sol aux alentours des villes et des aéroports se pose. Le sillage tourbillonnaire d’un avion capture et transporte fortement les émissions en sortie de jet vers le sol en phase d’approche d’atterrissage. Durant cette phase, les pilotes utilisent des dispositifs d’hypersustentation tels que des volets afin d’obtenir un contrôle optimal de l’avion. La création de système multipolaire de tourbillons contrarotatifs a été observée dans le sillage d’avion en configurations d’hypersustentation. Ce système est composé d’une paire contrarotative de tourbillons (sens antihoraire l’un par rapport à l’autre) primaires issus des bouts d’ailes et d’une paire contrarotative de tourbillons secondaires de force et taille inférieures issus du bord interne des volets hypersustentateurs. La présente étude s’inscrit dans un cadre académique contribuant à une meilleure compréhension des processus de mélange et de dispersion d’un traceur passif mis en jeu dans la dynamique de sillage issue de ce type de configuration. La dynamique tourbillonnaire est modélisée par simulation numérique directe (DNS) en résolvant les équations de Navier-Stokes compressibles (N-S) dans le code de calcul FLUDILES développé au sein de l’ONERA. Les grandes échelles du sillage étudiées imposent l’utilisation de simulations temporelles. Les simulations numériques temporelles effectuées modélisent plusieurs configurations de deux paires de tourbillons contrarotatifs hors effet de sol où les tourbillons secondaires orbitent autour des tourbillons primaires dans chaque demi-plan de l’avion et s’induisent une vitesse vers le bas. Les différentes configurations ont été caractérisées selon le ratio des circulations et le ratio des distances des tourbillons secondaires et primaires (représentatifs de volets hypersustentateurs de nature diverse, placés à différents endroits sur les ailes). Les résultats numériques mettent en évidence la formation d’une instabilité d’un mode de flexion dans les tourbillons secondaires et d’une instabilité du mode elliptique dans les tourbillons principaux. Il est observé que la majorité du mélange du traceur avec le milieu extérieur s’effectue pendant la dynamique bidimensionnelle de l’écoulement (les tourbillons secondaires orbitent autour des primaires). Il est ensuite observé que l’amplification plus ou moins intense de l’instabilité du mode de flexion sur les tourbillons secondaires va modifier les processus de fin de mélange du traceur selon les configurations. Les différentes configurations étudiées ont mis en valeur deux tendances de dynamique tourbillonnaire et ainsi de dispersion des émissions. Ces tendances sont discutées vis-à-vis de la problématique de qualité de l’air aux alentours zones aéroportuaires et mettent en évidence que des stratégies sensiblement différentes de dispersion et d’homogénéisation des émissions moteurs sont possibles à l’échelle locale.

Date	14 mars 2019
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Louis Dufresne (Directeur(-trice)) & François Garnier (Codirecteur(-trice))