Simulation of Lifting Bodies with Vortex Particles through Active Enstrophy Control - DAAA ONERA
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2024

Simulation of Lifting Bodies with Vortex Particles through Active Enstrophy Control

Simulation de Corps Portants avec des Particules Tourbillonnaires au moyen d'un Contrôle Actif de l'Enstrophie

Résumé

The Vortex Particle Method (VPM) represents incompressible, unsteady, viscous flows by using independent particles carrying small concentrations of vorticity. This method is suitable for simulating vortex reconnection in the wake as well as flow mixing. It is capable of simulating complex flow fields at a moderate computational cost compared to CFD methods. The VPM can be used alongside a Lifting Line to estimate the loads and the wake shed by thin lifting bodies. The coupling procedure and the shedding of vortex structures are detailed. The coupled method is validated on a representative range of aeronautical applications of fixed and rotating lifting bodies of increasing complexity. It is well established that turbulent regimes in the wake can lead to numerical instabilities. A new method, based on the control of the enstrophy, is proposed to better represent turbulent flow regimes, thus improving the numerical stability of the VPM. The Diffusion Velocity Method is used to transport and diffuse vortices and represent wake decay. The proposed method is satisfactory in preserving the coherence of the vortex structures and is able to simulate turbulent cases such as rotor-on-rotor interactions or hovering helicopter rotor. The coupled method is able to accurately represent the loads on the lifting bodies and the evolution of their wake.
La méthode des particules tourbillonnaires (VPM) représente des écoulements incompressibles, instationnaires et visqueux en utilisant des particules ponctuelles et indépendantes; portant de petites concentrations de vorticité. La VPM est particulièrement adaptée à la simulation de la reconnexion de structures tourbillonnaires dans un écoulement libre, ainsi que le mélange de sillages. Elle est également capable de de simuler des écoulements complexes à un coût de calcul modéré comparé à la CFD. La VPM peut être utilisée aux côtés d'une Ligne Portante afin d'estimer le chargement ainsi que le sillage généré par des corps portants fins. La méthode de couplage ainsi que la génération de structures tourbillonnaires sont détaillées. Le couplage est validé sur une gamme représentative de configurations aéronautiques composée de voilures fixes et tournantes de complexité croissante. Il est reconnu que la turbulence présente dans le sillage peut mener à des instabilités numériques. Une nouvelle méthode fondée sur le contrôle de l'enstrophie est proposée afin de mieux représenter les régimes turbulents de l'écoulement, et ainsi améliorer la stabilité numérique de la VPM. La méthode de vitesse de diffusion (DVM) est utilisée afin de transporter et diffuser les tourbillons et représenter la décomposition du sillage. La méthode proposée est capable de préserver la cohérence des structures tourbillonnaires et simuler des cas turbulents tels que l'interaction entre rotors ou un hélicoptère en vol stationnaire. Le couplage est notamment capable de convenablement représenter le chargement de corps portants ainsi que l'évolution de leur sillage.
Fichier sous embargo
Fichier sous embargo
0 11 22
Année Mois Jours
Avant la publication
samedi 20 septembre 2025
Fichier sous embargo
samedi 20 septembre 2025
Connectez-vous pour demander l'accès au fichier

Dates et versions

hal-04703985 , version 1 (20-09-2024)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04703985 , version 1

Citer

Johan Valentin, Luis Bernardos, Elie Rivoalen, Gregory Pinon. Simulation of Lifting Bodies with Vortex Particles through Active Enstrophy Control. 2024. ⟨hal-04703985⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

More