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1 This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Michel POLLET Pierre BRENNER

2 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Introduction : - les activités liées aux écoulements à EADS-ST - lutilisation de la CFD 2. Les outils de CFD à EADS - ST Les Mureaux 3. Quelques exemples détudes relatifs aux missiles et lanceurs Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST SOMMAIRE

3 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Introduction : les activités EADS-ST Des écoulements propulsifs Aerodynamique interne, Tuyères... Effets des jets, Environnement Phases transitoires (Décollage, Séparations…) Contamination À laérodynamique externe Montée atmosphérique Conception & caractérisation Rentrées Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST

4 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Introduction : les activités EADS-ST NB : peu de propulsion liquide en CFD aux Mureaux Fait en Allemagne Principales Activités PROGRAMMES INDUSTRIELS ARIANE 5 (Décollage, acoustique, buffeting, effets de jets, contamination...) ATV (pollution, vibro-acoustique…) Missiles ballistiques (M51) (phases transitoires, effets de jets, allumage,…) Programmes militaires: TN….(Rentrée, Signatures IR) PROGRAMMES FUTURS et R&D RLV & Demonstrateurs ( Définitions/optimisation de formes, rentrée…) « Après » A5 (le cas échéant) R&T Cnes et R&D EADS (Ecoulements de culot, Buffeting, Ondes de Souffle, Aeroelasticité, Chocs, Catalicité, Développements en CFD…) Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST

5 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Objectifs : Montrer Ce quon fait en CFD pour les lanceurs et missiles Comment on fait Les problèmes et limitations que lon rencontre Les perspectives Spécificités : 80% des calculs font intervenir des écoulements à Mach >1 80% des calculs sont multi-espèces Beaucoup de pbs font intervenir des pbs physiques spécifiques (haute altitude, plasma, particules…) 1. Introduction : lutilisation de la CFD

6 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Les questions à se poser avant tout calcul CFD: Le problème a-t-il déjà été étudié auparavant, et, si oui, comment ? Quel besoin a-t-on en précision sur les niveaux de résultats ? A quoi ressemble la géométrie à étudier ? Quels sont les enjeux industriels ? Peut-on simplifier ? - Méthodes analytiques 0D - Calcul 2D au lieu de 3D Choisir loutil le plus adapté au problème Combien de temps calcul faudra-t-il? Combien de temps dingénieur faudra-t-il? Si calcul 3D complet 1. Introduction : lutilisation de la CFD

7 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 2.1 Génération de maillages 2. Les Outils de CFD 2.2 Un exemple de problématique : laéro externe 2.3 Les outils actuels utilisés à EADS-ST 2.4 Les outils « futurs » en aérodynamique 2.5 La validation

8 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 2.1 Génération de maillages La qualité des résultats dépendra de : - la qualité du maillage - la précision du schéma Quelques règles : mailler en héxaèdres, maillage très régulier en paroi (flux th….) Aerodynamique Externe : Maillages multi-blocs structurés Utilisation doutils commerciaux: ICEM, Master Series (IDEAS),... Aerodynamique interne et Géométries complexes : Maillages non structurés : Utilisation doutils spécifiques: - GAMBIT (from Fluent), Home tools, … - Méthode de chevauchement de FLUSEPA 2. Les Outils de CFD

9 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST SYSTEME COMPLET Parties mobiles CONFIGURATION DE CALCUL Exemple de chevauchement de maillage

10 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 2.2 Un exemple de problématique : laéro externe 2. Les Outils de CFD Altitude FLOW REGIME FREE MOLECULAR RAREFIED CONTINUUM Viscous Merged Laminar Layer Boundary Layer Turbulent High Medium Low BOLTZMANN/DSMC NAVIER-STOKES EULER + BOUNDARY LAYER REAL GAS EFFECTS PERFECT GASREAL GAS Equilibrium PLASMA Non Equilibrium Enthalpy NUMERICAL SIMULATION

11 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 2.3 Les outils actuels utilisés à EADS-ST 2. Les Outils de CFD - Ecoulements Basse Vitesse: FLUENT & FLUSEPA - Ecoulements Moyenne & Haute Vitesse: Euler + Boundary Layer : NSMB (Cerfacs) +3C3D (Onera) Navier Stokes : NSMB (Cerfacs) (externe) FLUSEPA (EADS) (interne / externe) MSD (ONERA) (interne) CEDRE - Ecoulements Raréfiés Monte-Carlo : IEMC (interne) - Ecoulements Multi-fluides (Dynamique Rapide) NS pour Solide, liquide, gaz avec positionnement dinterface MULTIMA (interne)

12 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 2.4 Les outils « futurs » en aérodynamique 2. Les Outils de CFD CEDRE de lONERA TAU du DLR FLOWSIM : outil commun EADS à base dELSA / TAU NB : 1)Le « meilleur » code, cest celui quon connaît et qu on sait utiliser 2)Il faut savoir évoluer

13 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 2.5 La validation 2. Les Outils de CFD Pour laéro externe et la haute altitude Les essais en soufflerie (Meudon, F4,..) Les mesures en vol (ARD, Pré X, Navette US, Essais spécifiques Pour laéro interne et les effets des jets Essais petite échelle, qualif, et Vols NB : 1)La validation et les essais restent indispensables en aéro dans ¾ des cas 2)Cette proportion commence à diminuer dans les domaines maîtrisés : séparations détages, …

14 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.1 Aérodynamique / Aérothermodynamique 3. Quelques exemples 3.2 Aérodynamique Haute Altitude / Pollution -Contamination 3.3 Aérodynamique Stationnaire / Instationnaire et Effets des jets 3.4 Ecoulements Multi-phasiques 3.5 Ecoulements Multi-Fluides

15 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.1 Aérodynamique / Aérothermodynamique 3. Quelques exemples Détermination de forme / optimisation : FLPP, X38, Pré-X... Détermination des coefficients aérodynamiques Parfois difficile : Arrière-corps A5 Définition / Exploitation des essais et mesures en vol Détermination des flux thermiques (phase montée / rentrée) Qualité du maillage Modèle de Turbulence Cinétique chimique pour écoulements à haut Mach

16 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.1 Aérodynamique / Aérothermodynamique Calcul NSMB Euler : KP PreX Mach 10

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21 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.1 Aérodynamique / Aérothermodynamique Turbulence : Ecoulement sur parevent M51

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24 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.2 Aérodynamique Haute Altitude / Pollution -Contamination Effets des Jets ACS sur X38

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27 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.2 Aérodynamique Haute Altitude / Pollution -Contamination Pollution de lISS par lATV

28 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.3 Aérodynamique Stationnaire et Effets des jets 3. Quelques exemples Aerodynamique Basse Vitesse (Problèmes de Ventilation sur A5) Outils spécifiques écoulements incompressibles : FLUENT Environnement généré par gas chauds et jets : (impact de jets, performances des tuyères, phémomènes locaux (flux,…) Multi-espèces, multi-phases (Alumine, Eau…) Ecoulements Réactifs (combustion, recombustion…) Acoustique Modèles de Turbulence spécifiques, LES... Schémas dordre élevé

29 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.3 Aérodynamique Stationnaire et Effets des jets Mission Globalstar/Soyouz : Ventilation

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33 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 45 s 3.3 Aérodynamique Instationnaire et Effets des jets Calcul de séparation détages

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35 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Sortie originelle ODS Ariane 5

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39 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Aéroélasticité Ariane Aérodynamique Instationnaire et Effets des jets

40 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Les « Side loads » Vulcain2 3.3 Aérodynamique Instationnaire et Effets des jets

41 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Les « Side loads » Vulcain2 3.3 Aérodynamique Instationnaire et Effets des jets Pression 2D Chimie 9 réations 7 espèces H2, O2,H2O,O,OH,H,N2

42 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Les « Side loads » Vulcain2 3.3 Aérodynamique Instationnaire et Effets des jets 2.Calcul 3D (en cours) Prise en compte du pas de tir et des Amef Prise en compte des effets 3D à linjection (TEG,…)

43 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.4 Ecoulements Multi-phasiques 3. Quelques exemples Ecoulements faisant intervenir : des particules (Alumine) des Gouttes (H2O) avec vaporisation / condensation Code Lagrangien + dispersion turbulente (DISTURB) Code PNSTURDI : parabolisé NS (+ k +cinétique) + 5 tailles particules CEL3BL / FLUSEPA V5 (particules traitées en phase Euler) - Ecoulements propulsifs avec particules - Jets avec particules - Ecoulements avec eau (Chasse missile, écoulements Carneaux,…)

44 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.4 Ecoulements Multi-phasiques Etude du dépôt d alumine Fond AR P230

45 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.4 Ecoulements Multi-phasiques Jets des FA A5

46 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.4 Ecoulements Multi-phasiques Chasse MSBS : Ecoulement de chasse dans un fond de tube

47 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.5 Ecoulements Multi-Fluides 3. Quelques exemples Ecoulements faisant intervenir : des matériaux non miscibles, liquides, solides, ou gaz (Dynamique Rapide) Avec calcul dinterface entre matériaux (Méthode VOF) MULTIMA - Calculs de pyrotechnie - Calculs de sortie deau - Calculs dexplosion : détonique

48 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.5 Ecoulements Multi-Fluides Cordeau pyrotechnique A5

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50 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.5 Ecoulements Multi-Fluides Sécutité : Explosions dans Bâtiments Ondes de souffle

51 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3.5 Ecoulements Multi-Fluides Sécutité : Explosions dans Bâtiments Zones de danger

52 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST APPLICATIONS EXTERNES - Calculs de dépressurisation cabine A380 (voir Airbus) - Ejection de missiles tactiques hors de leur contenaires (voir MBDA) - etc…

53 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST Dépressurisation A380

54 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3. Conclusions Beaucoup doutils : Utiliser le meilleur selon : lapplication à réaliser lexpérience que lon a du problème le budget EADS possède quelques outils robustes et efficaces, surtout pour linterne : FLUSEPA 3D NS complet PNSTURDI Quelques spécialités : Corps mobiles Calculs instationnaires Pollution / Contamination Effets de jets,…

55 Journée AAAF « Le Spatial » 17 novembre Poitiers This document is the property of EADS SPACE Transportation and shall not be communicated to third parties and/or reproduced without prior written agreement. Its contents shall not be disclosed. © - EADS SPACE Transportation Utilisation de la CFD dans lindustrie spatiale à EADS-ST 3. Conclusions Experience limitée : Manque de validation : Propulsion liquide Modélisation Turbulente pour les écoulements instationnaires Futurs Développements / Collaborations : FLUSEPA : Finalisation CEDRE (ONERA) : code NS « complet » pour combustion, hypersonique… (en développement) Lutilisation industrielle de la CFD devient une réalité


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