On the use of CFD for improvement of Low-Fidelity Blade-Vortex Interaction Prediction Code
Sur l'utilisation de la CFD pour l'amélioration d'un code basse-fidélité de prévision d'interaction pale-tourbillon
Résumé
High-fidelity simulation performed with the CFD code elsA has been used to improve a fast prediction code, named ARHIS, dedicated to the prediction of the aerodynamic response of a blade in interaction with a vortex. To do so, comparisons have been made on a well documented blade-vortex interaction configuration. After validation of the computation methodology against available measurements, discrepancies between elsA and ARHIS solutions have been pointed out at the blade tip, due to the bidimensional approach used in the latter. Consequently, a new model of tip loss factor has been developed in ARHIS providing a better agreement between fast and high fidelity simulations. The maximal error in terms of amplitude of the lift jump due to the blade vortex interaction goes from 20,1% to 5,2%. This new model has been applied to several cases to assess the impact of the blade shape by considering modification of the aspect ratio, sweep angles, parabolic tip and tapered blade. Even if not designed specifically to account for modification of the blade shape, it is clear that the new tip loss factor model still improves the agreement between AHRIS and elsA results. Finally, the improved model has been tested for the evaluation of the noise emission of complete rotors in descent flight including a straight and a double swept rotor blade. In all cases, the new model induces a reduction of the predicted noise level of about 0,5 to 1 dB. This noise reduction appears to be an improvement in one case but a deterioration in the other one maybe because of a compensation of errors in the entire computational chain. This new modeling needs consequently to be applied on a larger database to conclude on his efficiency in terms of noise predictions.
Des simulations hautes fidélités réalisées avec le code CFD elsA ont été utilisées pour améliorer un code de prédiction rapide appelé ARHIS et dédié à la prédiction de la réponse aérodynamique d'un profil en interaction avec un tourbillon. Pour ce faire, des comparaisons ont été effectuées sur une configuration d'interaction pale-tourbillon bien documentée dans la littérature. Après validation de la méthodologie de calcul par rapport aux mesures disponibles, des divergences entre les solutions elsA et ARHIS ont été signalées en tête de pale. En conséquence, un nouveau modèle de facteur de perte en bout de pale a été développé dans ARHIS, offrant un meilleur accord entre les simulations rapides et hautes fidélités. L'erreur maximale en termes d'amplitude du saut de portance due à l'interaction pale-tourbillon est réduite de 20,1% à 5,2%. Ce nouveau modèle a été appliqué à plusieurs cas pour évaluer l’impact de la forme de la pale en considérant notamment une modification du rapport d'aspect, l'introduction d'angles de flèche ou l’utilisation d'un saumon parabolique. Même s'il n'est pas conçu spécifiquement pour tenir compte de la modification de la forme de la pale, il est clair que le nouveau modèle de facteur de perte améliore la concordance entre les résultats AHRIS et elsA dans tous les cas. Enfin, le modèle amélioré a été testé pour évaluer l’émission sonore de rotors complets en vol de descente sur les cas HARTII (pales droites) et ERATO (pales à double flèche). Dans tous les cas, le nouveau modèle induit une réduction du niveau de bruit prévu d'environ 0,5 à 1 dB. Cette réduction du bruit semble être une amélioration dans un cas, mais une détérioration dans l'autre qui peut être due à une compensation d'erreurs dans l'ensemble de la chaîne de calcul. Cette nouvelle modélisation doit donc être appliquée à une base de données plus vaste pour conclure sur son efficacité en termes de prédiction de bruit.