Simulations numériques hautes performances d'une interaction onde de choc / couche limite en écoulement externe – SPICEX

Les travaux proposés dans ce projet se situent dans l’axe « Grands défis applicatifs » de l’appel à projet CIS. L’objectif est de s’attaquer à une configuration d’intérêt pratique dans le domaine aéronautique qui résiste encore à la simulation numérique : le tremblement sur une voilure qui rassemble un certain nombre des difficultés propres à la mécanique des fluides numérique. On désire repousser les limites applicatives en s’appuyant sur les développements récents de la simulation des grandes échelles (SGE) et sur la montée en puissance des supercalculateurs combinant une hausse des performances et des architectures massivement parallèles. Le cas démonstratif choisi doit permettre de tester la maturité des méthodes numériques et des modèles de turbulence. Il vise aussi à justifier les développements de supercalculateurs par les institutions publiques et à encourager l’augmentation de ces moyens, qui accuse un certain retard en France par rapport aux autres pays où l’industrie aéronautique est forte et qui sont pourtant déterminants pour assurer la compétitivité des organismes de recherche et des laboratoires français. Le cas démonstratif visé s'inscrit dans le cadre général de la simulation numérique des écoulements turbulents, tridimensionnels et instationnaires. Ce type d'écoulements est couramment rencontré dans le domaine aéronautique et pose un certain nombre de défis lorsque l'on cherche à prédire précisément ces écoulements au travers d'une simulation numérique. Ce projet s'intéressera en particulier à des écoulements où une onde de choc interagit avec une couche limite turbulente. Ce type de configuration courante dès qu'il existe un écoulement supersonique en présence de paroi pose un double défi à la fois en terme numérique (schéma numérique à la fois précis et efficace) et en terme de modélisation de la turbulence (difficulté pour résoudre toutes les échelles spatio-temporelles de l'écoulement). L'objectif de ce projet sera d'améliorer la capacité prédictive de ces simulations numériques en travaillant à la fois sur les méthodes numériques et la modélisation de la turbulence. Différentes méthodes seront envisagées (RANS, LES et DNS) et traiteront principalement deux types d'écoulements caractéristiques : l'interaction entre onde de choc et couche limite turbulente se développant sur une plaque plane et un cas plus "applicatif" portant sur l'interaction entre une onde de choc et une couche limite turbulente une voilure d'avion en régime transsonique. Dans ce dernier cas, les aspects instationnaires de l'interaction, aussi appelé régime en tremblement, seront précisément étudiés.