La conception des nacelles doit répondre à des contraintes géométriques d’encombrement mais aussi à des spécifications motoristes qui précisent les niveaux de performance exigés. Au sol, l’une des principales contraintes imposées par le motoriste concerne le niveau de distorsion de pression totale dans le plan fan quand la nacelle est soumise à un vent de travers. Dans le cas le plus limitant, c’est-à-dire lorsque la direction du vent est perpendiculaire à l’axe de la nacelle, il se produit un décollement au niveau de l’entrée d’air côté vent. L’hétérogénéité de l’écoulement crée des efforts instationnaires sur les aubes du fan. Ces efforts peuvent amener à un régime de pompage endommageant ainsi le moteur. De plus, la tendance actuelle est de réaliser des nacelles courtes, réduisant la distance qu’à l’écoulement pour s’homogénéiser avant d’impacter le fan, conduisant à un couplage entre le décollement et le fan. Le but de cette étude est de simuler numériquement l’écoulement intervenant dans une nacelle courte soumise à un vent de travers et d’étudier l’impact de la présence du fan. Tout d’abord, la définition de la distorsion est basée sur les grandeurs totales. Ainsi, la compréhension du comportement des grandeurs totales au voisinage d’une paroi et l’influence des paramètres numériques sur leur évolution est nécessaire. Une approche analytique et numérique sur plaque plane a permis d’évaluer le comportement des grandeurs totales à la frontière externe de la couche limite et l’influence des paramètres numériques RANS sur leur évolution. Cette étude a permis de choisir les paramètres numériques utilisés pour la simulation de la nacelle. Pour faire ressortir l’influence du fan sur la distorsion, deux types de simulations ont été menés : une simulation de nacelle isolée et une simulation de l’ensemble complet nacelle/fan respectivement comparées à un essai en soufflerie sur une maquette de nacelle isolée et à un essai de moteur complet à échelle 1 :1 réalisé en « soufflerie » à veine ouverte. La description correcte de la distorsion nécessite de prendre en compte les phénomènes de transition. Une méthode innovante de prise en compte de la transition par équations de transport est utilisée. Comme le coût de calcul de l’ensemble complet est prohibitif, la question du découplage du calcul en injectant une distorsion, issue d’une simulation de nacelle isolée, dans un calcul de fan isolé est discutée. La distorsion par vent de travers intervient lorsque l’avion est au sol. Par conséquent, l’impact de la présence du sol est étudié dans le cas de la nacelle isolée. Enfin, le critère de distorsion utilisé présente plusieurs défauts importants et peut être remis en cause. Une nouvelle méthode de mesure et de calcul est étudiée.

Cette thèse présente le travail effectué dans le cadre d'un doctorat sur l'étude de l'atomisation primaire d’une nappe liquide. Cette étude s’intéresse aux phénomènes rencontrés lors de la fragmentation primaire d'un liquide en aval d'un système d'injection. Un injecteur de type "airblast" a été utilisé pour réaliser cette étude. Cette technologie est communément utilisée pour la pulvérisation du kérosène dans les turbomachines. Une nappe de liquide mince est cisaillée par deux écoulements d'air parallèles. Une configuration plane a été choisie pour faciliter l’utilisation de techniques optiques. Les liquides injectés sont de l'eau et du kérosène JET A1. La nappe liquide plane a une épaisseur de 300 µm. La pression de l’air varie des conditions standards jusqu’à 11 bar. L'objectif principal de cette recherche est l’étude de l’influence de la pression ambiante sur les mécanismes d'atomisation observés à la pression atmosphérique. Ces expériences ont été réalisées au banc LACOM (LAboratoire de COmbustion Multiphasique), à l’ONERA Fauga-Mauzac. Des techniques de visualisation avancées ont permis de mieux appréhender l’évolution des mécanismes d’atomisation avec l’augmentation de la pression de l’écoulement d’air et d’affiner la classification des régimes d’atomisation. Cette thèse présente un ensemble de données sur le comportement des différentes instabilités (longitudinale et transversale), sur les dimensions des ligaments et les tailles de gouttes ainsi que sur les caractéristiques de la couche limite gazeuse au nez de l’injecteur. Des avancées sur la compréhension des phénomènes physiques ont été réalisées, notamment sur le comportement des ligaments longitudinaux similaire à celui de jets liquides ou l’observation d’une relation entre la fréquence d’oscillation globale et la taille des gouttes. Ces résultats constituent une première base de données obtenue en pression qui pourra être mise à profit pour les validations des simulations numériques développées en parallèle.

Dans le but d’améliorer les systèmes de pilotage des avions, Airbus souhaite développer sa capacité prédire les effets aéroélastiques associés au braquage de gouvernes situées sur des parties souples de l’avion. Dans ce cadre, les travaux de thèse présentés visent à développer des méthodes de calcul pour simuler ce type de phénomènes. Partant des techniques de calcul existantes, basées sur un couplage des méthodes de mécanique des fluides numérique avec un modèle de structure, deux axes de travail on été suivis. Le premier concerne la représentation des gouvernes dans les algorithmes de mécanique des fluides numériques. Pour faciliter cette représentation et surtout permettre le mouvement des gouvernes en cours de calcul il a été choisi d’utiliser la technique Chimère qui permet de combiner en cours des maillages élémentaire. Une méthode innovante pour assembler automatiquement des maillages Chimère a notamment été développée. Le second axe de travail a concerné l’adaptation des méthodes d’aéroélasticité. En effet, il est apparu au cours des travaux que ces techniques conduisaient à des temps de calcul élevés en raison de phénomènes transitoires très longs à évacuer. Pour pallier ce problème la méthode d’équilibrage temporel des harmoniques a été appliquée aux équations de l’aéroélasticité conduisant à un nouveau schéma de couplage entre les équations du fluide et de la structure. Les différentes méthodes développées sont appliquées à des configurations industrielles représentatives.

La conception des nacelles doit répondre à des contraintes géométriques d'encombrement mais aussi à des spécifications motoristes qui précisent les niveaux de performance exigés. L'une des contraintes imposées par le motoriste concerne notamment le niveau de distorsion de la pression totale dans le plan fan. Lorsque la nacelle est soumise à un vent de travers, il se produit un décollement au niveau de l’entrée d'air côté vent. L’hétérogénéité de l’écoulement qui en résulte peut être à l'origine d'instabilités aérodynamiques au niveau des aubes du fan et conduire au pompage. Le but de cette étude est de simuler numériquement l’écoulement autour et à l'intérieur d'une nacelle soumise à un vent de travers, avion au sol, et de prévoir la carte de pression totale. Cette application est caractérisée par des zones de décollement sur la lèvre ainsi que par la cohabitation de zones transsoniques et de zones à faible nombre de Mach. L’utilisation de techniques dites de préconditionnement permet de traiter ces zones incompressibles à l'aide du code compressible elsA. La seconde caractéristique de cet écoulement est le phénomène d’hystérésis intervenant dans les processus de décollement et recollement de couche limite, conditionnant les techniques d’intégration temporelle. Enfin, la description correcte de ces décollements tridimensionnels nécessite une étude des modèles de turbulence dans une approche RANS ainsi que la prise en compte des phénomènes de transition. Ces méthodes sont développées et testées sur deux nacelles présentant des caractéristiques géométriques différentes.

Une nouvelle méthode de domaines fictifs est proposée pour résoudre l'équation des ondes scalaires et les équations de Maxwell tridimensionnelles en régime temporel pour des obstacles à frontières bornées. Cette méthode consiste à prolonger l'inconnue à l'intérieur des obstacles et à introduire une nouvelle inconnue définie sur les frontières des objets diffractants. Cette nouvelle inconnue s'interprète comme un multiplicateur de Lagrange. Une relation de couplage entre l'onde scalaire ou électromagnétique et le multiplicateur de Lagrange permet d'imposer la condition aux limites de Dirichlet. Dans le cas des équations de Maxwell, le multiplicateur de Lagrange s'interprète aussi comme une densité surfacique de courant électrique sur les frontières métalliques. Deux maillages sont introduits pour définir le problème discret: un maillage volumique de type différences finies et un maillage surfacique conforme des frontières métalliques de type équation intégrale. L’ intersection de ces deux maillages permet de calculer dans le cas discret le couplage entre l'onde et le multiplicateur de Lagrange. Le schéma numérique obtenu est simple et stable sous une condition CFL classique. Le point théorique central de la méthode des domaines fictifs est la preuve d'une condition inf-sup uniforme qui apparaît comme une relation de compatibilité entre les deux maillages utilisés. La mise en œuvre numérique de la résolution des équations de Maxwell 3D en régime temporel par la méthode des domaines fictifs est décrite, et les résultats obtenus montrent l'efficacité de cette nouvelle technique de calcul numérique.

La première partie de ce mémoire pose le cadre de l'étude : les principales caractéristiques des écoulements hypersoniques sont rappelées, accompagnées d'une discussion des modélisations applicables. Le modèle retenu ici est celui de l'air composé de 5 espèces en déséquilibre chimique, régi par les équations de Navier-Stokes de couche mince bidimensionnelle plane ou axisymétrique. Nous exposons la mise en œuvre numérique dans la deuxième partie. Une méthode de volumes finis est utilisée pour la discrétisation spatiale des équations : les termes de diffusion sont traités selon un schéma centré et les flux de convection selon un schéma TVD. Les termes sources, représentant les taux de production chimique, sont évalués au centre des volumes de contrôle. Un schéma totalement implicite et entièrement couplé est retenu pour la discrétisation temporelle afin de limiter les contraintes sévères sur le pas de temps dues à la raideur des équations. Le système discrétisé est enfin résolu à l'aide d'une relaxation par lignes. Les résultats obtenus sont présentés dans la dernière partie. L’influence du choix du schéma numérique est d'abord étudiée en appliquant une discrétisation TVD aux équations d’Euler instationnaires pour un écoulement monodimensionnel réactif dans un tube à choc. Le calcul d'écoulements visqueux 2D sur différentes géométries (double ellipse, sphère, plaque plane et hyperboloïde) donne des résultats en bon accord avec d'autres résultats numériques et expérimentaux et montre les capacités de la méthode à simuler des écoulements complexes (tant par la géométrie que par les effets de thermochimie). Une étude paramétrique met en évidence l'influence des différentes modélisations sur la solution.