Comportement dynamique d’un dirigeable en écoulement non homogène
Résumé : L’objectif de cette thèse est d’étudier l’aérodynamique d’un dirigeable dans des conditions d’écoulement instationnaires et non homogènes, en décrivant sa dynamique au moyen de modèles simples et d’outils de calcul rapides et efficaces. En raison de leur « légèreté », les dirigeables sont plus sensibles aux perturbations de l’air. Cela a un impact important sur leur contrôlabilité et par conséquent sur le dimensionnement des gouvernes et du système propulsif. Les phénomènes aérodynamiques liés à la notion de masses et inerties ajoutées, qui sont observés pendant les phases de mouvement relatif accéléré du dirigeable, sont un terme supplémentaire à prendre en compte pour l’évaluation des efforts aérodynamiques. Elles dépendent de la densité du fluide, de la géométrie du corps et du repère choisi. Ces contributions sont généralement négligées lors de l’étude de corps « lourds » tels que les avions, car leur densité est nettement supérieure à celle de l’air. Au contraire, pour les dirigeables, ces termes sont du même ordre de grandeur que leur masse et leur moment d’inertie et représentent donc un aspect fondamental à prendre en compte pour décrire correctement leur dynamique. Nos études sur les masses et inerties ajoutées ont été réalisées par des simulations numériques en fluides parfait et visqueux. Un code numérique pour le calcul de ces termes a été développé afin d’obtenir en un temps réduit une estimation très précise sur des configurations complexes (géométries génériques en présence de parois externes). La présence de perturbations et de gradients de vitesse dans l’atmosphère est à l’origine d’efforts aérodynamiques supplémentaires d’importance majeure pour les dirigeables. Ces phénomènes ont été analysés au moyen de simulations numériques CFD instationnaires. Un modèle simplifié de reconstruction des efforts aérodynamiques a été proposé, basé sur des résultats stationnaires, qui permet de prédire avec précision les caractéristiques aérodynamiques du corps. Enfin, nous avons proposé un modèle complet de la dynamique des dirigeables qui, à l’avenir, pourra être analysé et validé par des tests expérimentaux ou numériques sur des configurations génériques de dirigeables dans des écoulements instationnaires et perturbés.