Simulation de trajectoires 3D de plaques planes avec introduction d'un modèle de moment dynamique

Ignatowicz, Kevin (2018). Simulation de trajectoires 3D de plaques planes avec introduction d'un modèle de moment dynamique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les phénomènes de givrage sur les surfaces d’un avion en vol peuvent provoquer des dysfonctionnements de capteurs ou de commandes de vol, en plus de détériorer les performances aérodynamiques de l’appareil. Des systèmes antigivrages, destinés à prévenir la formation de givre, et de dégivrage, qui délogent de la glace déjà formée, sont ainsi montés sur les avions pour lutter face à cette accrétion de glace parasite. Néanmoins, le dégivrage est à l’origine d’une nouvelle menace pour la sécurité de l’appareil en générant des débris de glace qui peuvent impacter la carlingue ou être ingérés par les moteurs. Il est ainsi nécessaire en phase de conception d’un avion de pouvoir estimer la trajectoire des débris potentiels, pour éviter de placer un élément vital de l’appareil, tel qu’un moteur, dans une zone fortement soumise au passage de débris de glace. L’objectif du présent projet de recherche est de développer un outil de simulation numérique de trajectoires 3D de débris de glace de forms sphériques et de plaques planes dans un écoulement CFD. La contribution majeure dans l’implémentation de cet outil est l’introduction d’un modèle de moment dynamique pour la plaque plane en rotation, basé sur une extrapolation 3D d’un modèle bidimensionnel tiré de la littérature. Une approche lagrangienne sera retenue pour étudier les trajectoires des débris de glace. Pour y parvenir, la détermination des efforts aérodynamiques sur le débris en tout point du domaine fluide nécessitera une interpolation dans la solution CFD de l’écoulement ainsi que la détermination à chaque itération de l’orientation du débris dans le cas de la plaque plane en rotation. Après validation vis-à-vis de la littérature pour les deux types de débris, à savoir sphériques et plaques planes, le code de trajectoire sera mis en application dans des champs de vitesse aéronautiques 3D pour simuler des charriages de débris de glace autour, notamment, d’un avion blended-wing-body. Dans le cas de la plaque plane, l’accent sera mis sur la comparaison entre le modèle de moment dynamique développé et un modèle préexistant de la littérature pour comparer le comportement obtenu via le nouveau modèle. Les résultats autour du blended-wing-body serviront à visualiser dans un plan transverse à l’arrière de l’appareil les empreintes des trajectoires des débris, en vue d’un futur travail de placement des moteurs sur l’avion.

Titre traduit

Simulation of 3D flat plates trajectories with introduction of a dynamic moment model

Résumé traduit

Ice accretion on an airplane’s surfaces in flight may cause sensors failures or block mobile aerodynamic devices, in addition to decrease the aerodynamic performance of the aircraft. Anti-icing systems, designed to prevent ice formation, and de-icing systems, which remove already accreted ice, are mounted on airplanes to fight this ice accretion. Nevertheless, de-icing causes a new threat to the safety of the aircraft by generating ice debris that can impact the aircraft components or be ingested by the engines. It is thus necessary during the design phase of an aircraft to be able to estimate the trajectory of the potential debris, in order to avoid placing a vital component, such as an engine, in an area highly subject to the passage of ice debris. The objective of this research project is to develop a numerical tool for 3D simulation of ice debris with spherical shapes and flat plates in a CFD flow. The major contribution in the implementation of this tool is the introduction of a dynamic moment model for the rotating flat plate, based on a 3D extrapolation of a two-dimensional model taken from the literature. A Lagrangian approach will be used to study the trajectories of ice debris. To achieve this, the determination of the aerodynamic forces on the debris at any location in the fluid domain will require an interpolation in the CFD solution and the determination of the orientation of the debris at each time step in the case of the plane plate. After validation against the literature for both types of debris, namely spherical and flat plates, the trajectory code will be applied in 3D aeronautical velocity fields to simulate ice paths around, in particular, a blended-wing-body airplane geometry. In the case of the flat plate, the focus will be on the comparison between the dynamic moment model developed and a pre-existing model from the literature to emphasize the best behavior obtained via the new model. The results around the blended-wingbody will be used to visualize in a cross plane near the rear of the aircraft the footprints of the trajectories of the debris, to prepare a future work on engine placement.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par articles présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie aérospatial". Comprend des références bibliographiques (pages 113-116).
Mots-clés libres:	dégivrage, trajectoires 3D, aérodynamique, plaque plane, moment dynamique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Morency, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	01 nov. 2018 16:10
Dernière modification:	01 nov. 2018 16:10
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2111

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