Chambres de combustion aéronautiques - Partie 2 : modélisation et simulation numérique

Let article a pour principales ambitions de montrer comment la simulation numérique peut répondre aux grands défis de la conception d’une chambre de combustion aéronautique (que l’on désigne par la suite par le sigle CCA) et fournir les éléments clefs permettant d’orienter les choix des ingénieurs numériciens, tant en termes de modèles que de méthodes.

De manière à ce que cet article soit autoporteur, il faut rappeler ici que les chambres de combustion aéronautiques concentrent de nombreuses exigences en termes de performance et de sécurité, mais sont également au cœur des enjeux de réduction de l’empreinte environnementale du transport aérien. Afin d’accompagner l’évolution des technologies utilisées, la simulation numérique joue un rôle de plus en plus important et peut s’appuyer sur des infrastructures de calculateurs toujours plus puissants, ainsi que sur les progrès continus du génie logiciel et de la modélisation physique. Si la caractérisation des systèmes d’un point de vue expérimental reste toujours indispensable pour un accès direct aux mécanismes physiques en jeu, la simulation numérique permet sans surcoût significatif un accès à l’ensemble des variables intéressant l’ingénieur (pression, vitesse, température, fractions massiques des différentes espèces…) ainsi qu’à l’intégralité du volume du domaine de calcul (y compris les zones de l’espace pour lesquelles l’accès à l’aide d’une sonde ou d’un laser serait complexe, voire impossible).

Afin que le résultat obtenu soit celui d’une simulation et non d’un simulacre (résultat pouvant être considéré comme une aberration numérique, décorrélé de toute réalité physique), il est indispensable de disposer de modèles fiables pour les différents phénomènes en jeu (turbulence, réactions chimiques, atomisation du kérosène…), qui doivent être associés à des méthodes numériques et pratiques de calcul adaptées. La maîtrise du coût des simulations est également un enjeu de premier ordre pour pouvoir traiter les problématiques liées aux chambres de combustion aéronautiques dans toute leur complexité. Ainsi nous verrons que, bien souvent, les modèles les plus généraux pour décrire les différents phénomènes physiques en jeu sont trop coûteux pour être utilisés en pratique et qu’il est nécessaire de les remplacer (ou de leur adjoindre) des approches simplifiées reposant sur des hypothèses plus fortes.