v1.16.1

PA - C9 - MEC594 : Aérodynamique et hydrodynamique

Domaine > Mécanique.

Descriptif

Aérodynamique et Hydrodynamique :

Responsables :
Christophe Clanet - Ladhyx
E-mail : clanet@ladhyx.polytechnique.fr
Tel: 01.69.33.52.58



Description générale de l’option
Le développement de nouvelles générations de véhicules aérospatiaux (avions atmosphériques et spatiaux, hélicoptères, missiles, lanceurs), maritimes (navires, sous-marins, engins d’exploration profonde, plates-formes d’exploitation océanique) ou terrestres soulève de nombreux défis en Mécanique des fluides qu’il faut correctement appréhender bien avant le stade de construction de prototypes. Les contraintes de performances toujours accrues avec des préoccupations de coût de plus en plus sévères concernent notamment les aspects suivants:
  • mobilité (vitesse, manoeuvrabilité),
  • consommation (rendement propulsif),
  • sécurité et confort (stabilité et contrôle, vibrations),
  • bruit rayonné (cette option peut accueillir des stages a coloration acoustique)

Dans cette compétition, les capacités de modélisation, issues de la recherche fondamentale, sont un atout déterminant.

Thèmes
De nombreux problèmes d’écoulements complexes rencontrés sont communs à l’aérodynamique et l’hydrodynamique car liés aux phénomènes fondamentaux comme la turbulence, les décollements, les sillages tourbillonnaires. Ainsi les mêmes modèles numériques (Euler, Navier-Stokes,...) et les mêmes moyens d’essais (souffleries, tunnels hydrodynamiques) sont souvent mis en oeuvre pour traiter les problèmes d’aérodynamique subsonique et les problèmes d’hydrodynamique. Toutefois, aérodynamique et hydrodynamique se distinguent par des effets spécifiques.

En hydrodynamique, on peut citer :
  • la masse élevée du fluide (interactions gravitaires et inertielles entre le fluide et les structures),
  • la présence d’une surface libre (diffraction-rayonnement de la houle par les obstacles),
  • l’existence de mélange diphasique (phénomène de cavitation notamment).

En aérodynamique, les problèmes spécifiques sont ceux liés aux grandes vitesses :
  • effets de la compressibilité de l’air (ondes de choc),
  • effets thermiques,
  • effets physico-chimiques à haute température (combustion, écoulements hypersoniques) ou à haute altitude (raréfaction).

Des progrès considérables ont été réalisés ces dernières années dans la connaissance et la prédiction des écoulements complexes, aussi bien par voie théorique ou numérique (méthodes numériques et utilisation de super-ordinateurs, théorie de la turbulence) que par voie expérimentale (mesures fines par vélocimétrie laser, nouveaux moyens d’essais à grande échelle).

L’aérodynamique et l’hydrodynamique sont des disciplines anciennes mais qui traversent actuellement une profonde mutation due en grande partie au développement des grands moyens informatiques et expérimentaux. Cette option se propose de mettre les élèves au contact direct des aspects les plus récents de ces disciplines et des défis industriels auxquels elles sont confrontées.

Les stages
Les sujets de stages peuvent être à caractère fondamental (étude fine de phénomènes complexes dans des configurations simples) ou plus appliqué (étude plus globale de configurations de la réalité).

L’accent est mis tantôt sur l’application de méthodes analytiques, tantôt sur la mise en oeuvre ou l’amélioration de codes numériques ou encore l’acquisition, le traitement et l’interprétation de données expérimentales. Souvent, différents aspects sont associés, le sujet convenant alors mieux à un travail en binôme.

Exemples de stages effectués les années précédentes
À titre indicatif, voici quelques sujets de stages proposés au cours des années précédentes.

Aérodynamique
  • ONERA (Châtillon S/Bagneux) :
    • Étude théorique et expérimentale de l'interaction onde de choc-couche limite en régime hypersonique.
    • Calcul d’écoulements dans les turbomachines.
    • Résolution des équations de Navier-Stokes pour les écoulements compressibles laminaires ou turbulents.
    • Étude de modèles numériques pour la simulation de la turbulence.

  • AÉROSPATIALE (engins tactiques) :
    • Développement et applications de code « Euler » pour les écoulements autour de missiles et dans les entrées d’air.

  • SNECMA (Villaroche) :
    • Applications d’une méthode inverse de calcul aérodynamique pour le dessin de profils d’aubes de compresseurs.
    • Calcul Navier-Stokes d’une entrée d’air de missile.

  • DASSAULT Aviation (Saint-Cloud) :
    • Optimisation aérodynamique (« optimum design »).
    • Modélisation de soufflage et d’aspiration dans un code Navier-Stokes K, Sde dimension 2.
    • Étude des conditions aux limites dans la modélisation des entrées d’air.

  • CNRS/Lab. d’AÉROTHERMIE (Meudon) :
    • Étude expérimentale de champs d’écoulements hypersoniques en souffleries de gaz raréfiés.

  • RENAULT (Rueil-Malmaison) :
    • À partir des résultats d’essais expérimentaux, traitement informatique des mesures de vitesses de l’écoulement dans la chambre à combustion du moteur.
    • Interprétation des résultats.
    • Analyse des écoulements internes dans les moteurs.

  • INRIA ROCQUENCOURT (Le Chesnay) :
    • Optimisation de formes à partir de calculs en Navier-Stokes parabolisé.
    • Modélisation numérique du phénomène de Buffeting.

Hydrodynamique
  • BASSIN D’ESSAIS DES CARENES (Val de Reuil) :
    • Modélisation de la génération artificielles de houle en bassin d’essais hydrodynamique.
    • Étude de dispositifs hypersustenteurs pour gouvernes hydrodynamiques.
    • Modélisation des non-linéarités de second ordre dans les problèmes de tenue à la mer.
    • Tenue à la mer d’un corps sous-marin.
    • Mesure de la résistance de vagues d’une carène par analyse du champ de vagues.
    • Étude de la modélisation du couplage hélice-carène.

  • CRAIN (La Rochelle)
    • Étude du comportement d’une barge en présence de houle.

  • CNRS (Marseille) :
    • Mesure expérimentale de taux de croissance de l’instabilité hydrodynamique de Landau sur des flammes de prémélange planes.
    • Impact de gouttes

  • BUREAU VERITAS (La Défense) :
    • Étude du chaos déterministe dans les équations d’onde en hydrodynamique nonlinéaire.

  • LADHYX (Palaiseau) :
    • Écoulement d’un film le long d’un plan incliné : développement spatio-temporel des instabilités.

  • PRINCIPIA R & D (Sophia-Antipolis) :
    • Stabilité et contrôle d’engins sous-marins télécommandés.
    • Modélisation de dispositifs atténuateurs de houle.

  • ENSTA (Palaiseau) :
    • Cavitation en écoulements toubillonnaires.
    • Diffusion de bulles dans un sillage turbulent.
    • Propagation d’ondes acoustiques dans un milieu diphasique.

  • INSTITUT DE RECHERCHE DE LA CONSTRUCTION NAVALE (Paris) :
    • Mise en |oeuvre d’une méthode d’éléments finis pour le problème de diffraction, rayonnement en tenue à la mer.

Stages à l’étranger
  • ARIZONA STATE UNIVERSITY (Tempe) :
    Modélisation of tethered satellites for the exploration of the upper atmosphère.
  • CALIFORNIA STATE UNIVERSITY (Long Beach) :
    Laminar turbulent boundary layer transition over lifting surfaces.
  • UNIVERSITY OF CALIFORNIA (Davis) :
    Optimisation de géométries à l’aide d’outils numériques.
  • UNIVERSITY OF OTTAWA:
    Oscillatory flow past an axisymmetric sudden expansion.
  • UNIVERSITY OF CAMBRIDGE :
    Gravity currents over porous media.
  • AEROSTRUCTURE DEPARTMENT (Farmborough)
    Oscillations dans les profils de vitesse de couche limite.

Marche a suivre en cas d'intérêt pour cette option

Cette option fonctionne en proposant chaque année une liste de stages suggérés par nos contacts durant le mois de septembre. Cette liste donne lieu à un catalogue distribué aux élèves qui en font la demande à la réunion de présentation des options du Département de Mécanique ou (dès le lendemain) par simple e-mail adressé à Antoine Sellier. Nous incitons les élèves à choisir un sujet au sein de ce catalogue car nous connaissons les encadrements nationaux et internationaux qui proposent ces stages. Toutefois, nous pouvons également finaliser d'autres stages d'option avec un élève qui a une idée et une motivation très précises. Dans ce but, nous contacter après lecture du catalogue ET NOTER QUE LA DEFINTION DU STAGE DOIT S'EFFECTUER EN CONCERTATION AVEC LES RESPONSABLES DE L'OPTION. LES STAGES N'OFFRANT PAS DE CONTENU SCIENTIFIQUE SUFFISANT SERONT REFUSES.

Langue du cours : Français

Credits ECTS : 20

Format des notes

Numérique sur 20

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Ecole polytechnique

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