Towards understanding stall cells and transonic buffet cells

L’enveloppe de vol des aéronefs civils est limitée par plusieurs phénomènes aérodynamiques. Parmi ceux-ci figurent le décrochage et e tremblement transsonique. Le décrochage est une perte de portance causée par la séparation de l’écoulement à forte incidence, alors que le tremblement est une instationnarité de l’interaction entre une onde de choc et la couche limite séparée. Dans ces deux conditions, des effets tridimensionnels appelés respectivement cellules de décrochage et cellules de tremblement sont observés. En condition transsonique, ces dernières sont associées à des fréquences de tremblement plus élevées en 3D qu’en 2D. Le but de cette thèse est d’améliorer la compréhension de ces phénomènes. Des simulations des équations Reynolds-Averaged Navier-Stokes et des Zonal Detached Eddy Simulations sont utilisées pour caractériser ces phénomènes sur des ailes en flèche infinie. Ces analyses montrent des cellules statiques pour les ailes sans flèche, et leur convection lorsque l’aile est en flèche. Par la suite, des analyses de la stabilité globales ont utilisées pour étudier la transition entre l’état 2D et 3D. Un mode instable similaire est observé entre les deux régimes d’écoulement, expliquant ainsi la présence de ces cellules. Finalement, un modèle basse-fidélité basé sur la théorie des surfaces portantes est utilisé. Ce dernier prédit les cellules de décrochage lorsque la pente du coefficient de portance est négative. Ces résultats indiquent que les cellules de tremblement sont causées par une instabilité analogue à celle causant les cellules de décrochage. On peut ainsi remettre en question l’interprétation classique du tremblement 3D. The flight envelope of civil aircraft is bounded by several aerodynamic phenomena, of which the stall and the transonic buffet. Stall is defined as a loss of lift caused by flow separation, while the transonic buffet is an unsteady phenomenon resulting from the interaction between a shock wave and a separated boundary layer. In both cases, three-dimensional features named respectively stall cells and buffet cells are observed experimentally and nu-merically. In buffet condition they are linked to a higher frequency in 3D than in 2D. This thesis aims to improve the knowledge of these phenomena. First, Unsteady Reynolds Navier-Stokes simulations and Zonal Detached Eddy Simulations are used to characterize the three-dimensional stall and buffet over infinite s wept w ings. These analyses show the occurrence of cellular