Simulation efficace du bruit généré par des machines rotatives – NORMA

Une des tâches importantes de ce projet est de développer des modèles de turbulence hybrides peu dissipatifs qui soient adaptés à l'aéroacoustique. Plusieurs stratégies d'hybridation basées sur les approches RANS, DDES et multi-échelle variationnelle dynamique de la LES sont développées et évaluées. Un autre travail significatif est de développer des schémas volumes finis centrés sommets d'ordre élevé peu dispersif et peu dissipatif, avec une reconstruction appropriée de la solution aux interfaces des cellules voisines pour chaque arrête, permettant une propagation précise des ondes acoustiques en maillages non structurés. Une autre tâche concerne l'extension de la méthode des frontières immergées, basée sur la méthode de pénalisation de Brinkman, à la simulation de pales en utilisant des modèles de turbulence hybrides et des stratégies d'adaptation de maillage dynamique. Concernant les algorithmes d'avancement en temps, une approche multirate par volumes finis est étendue avec l'objectif de prédire avec précision les problèmes aéroacoustiques. Une méthode LU-SGS parallèle pour l'avancement en temps implicite est aussi investiguée.

L'environnement des zones habitées par l'homme ne cesse de se dégrader, notamment à cause du bruit généré par les machines tournantes (MT): principalement des hélicoptères et des éoliennes. Cela s'accentuera de manière significative avec l'irruption d'une armée croissante de nouvelles machines monorotor et de systèmes multirotor (petits hélicoptères polyvalents, taxis aériens, drones, quadcoptères, etc.) dans les smarts cities de demain. L'atténuation du bruit peut être obtenue par l'optimisation des formes des pales et des fuselages des MT et d'autres caractéristiques de conception, optimisation pouvant être basée sur des prédictions numériques des propriétés aérodynamiques et du rayonnement acoustique généré par ces nouvelles MT. Fournir la précision nécessaire à un coût de calcul acceptable pour des configurations géométriques aussi complexes est un défi numérique difficile que les partenaires proposent de relever.
Le consortium regroupe des spécialistes ayant proposé de nouvelles méthodes de modélisation de la turbulence, de nouveaux schémas numériques de haute précision pour les maillages non structurés et des algorithmes parallèles efficaces applicables à la prévision des écoulements complexes à proximité des aubes et des fuselages de MT via la simulation des grandes structures d'écoulements turbulents, ainsi que des champs acoustiques en champs proche et lointain associés.
La force de la proposition repose sur le développement ultérieur de plusieurs méthodes innovantes introduites par les partenaires, une partie notable de ces méthodes ayant été élaborées en commun du fait d’une longue histoire de coopération.
Les géométries complexes et mobiles de MT nécessitant une adaptation dynamique du maillage seront abordées grâce à des schémas de reconstruction d'ordre supérieur basés sur les arêtes applicables aux maillages non structurés, schémas développés conjointement par les partenaires à partir des années 90, et particulièrement adaptés à l'aéroacoustique. Les nouvelles reconstructions basées sur les arrêtes ENO et WENO, combinées à la viscosité artificielle adaptative proposée récemment, amélioreront le traitement des discontinuités en maillage non structuré. La capacité à prendre en compte plusieurs géométries en mouvement sera encore amplifiée grâce à une méthode de pénalisation Brinkman basée sur une fonction courbe de niveau repérant les obstacles solides, une nouvelle méthode de maillage mobile pour une adaptation dynamique du maillage aux surfaces solides et une adaptation anisotrope du maillage basée sur une métrique continue. L'avancement en temps haute précision explicite sera rendu possible via une nouvelle formulation multirate. Des méthodes valables à tout nombre de Mach seront mises en œuvre dans la formulation basée arêtes pour améliorer la simulation de l'écoulement autour des pales des MT. Les nouveaux modèles hybrides RANS / LES, équipés notamment de modèles de transition et de filtres LES à très faible dissipation, permettront la génération et la propagation précises du bruit. La DES récemment améliorée avec une nouvelle échelle de sous-maille accélérant la transition "numérique" dans les couches de cisaillement turbulentes sera également utilisée pour validation croisée.
Deux familles de géométries pour les systèmes à rotor unique et à rotor multiple (rotor principal d'hélicoptère avec fuselage, système quadrirotor avec fuselage, respectivement) seront considérées pour évaluer l'amélioration de l'efficacité et de la précision des outils de simulation massivement parallèles développés.