Thèse cifre - optimisation des systèmes de protection contre le givre de type électrothermique f-h

Job Description

Depuis les débuts de l'aéronautique, le givrage est identifié comme un risque majeur et reste la première cause d'accidents, en dehors des facteurs humains. L'accumulation de glace sur les surfaces portantes d'un aéronef peut entraîner des modifications significatives de leurs caractéristiques aérodynamiques, ainsi que des risques d'extinction des moteurs dus à l'ingestion de glace.
Afin d'assurer la sécurité des vols dans des conditions givrantes et de se conformer aux réglementations aéronautiques, les avionneurs doivent se doter de systèmes de protection contre le givre. Consciente des enjeux environnementaux, le Service R&T de la Division Systèmes Fluides & Fuel (DSFF) de Safran Aerosystems s'engage dans le développement de nouveaux systèmes de protection contre le givre de type électrothermique (ETIPS) à la fois plus performants et moins énergivores.
Un système électrothermique comprend des tapis chauffants installés le long des surfaces à protéger contre le givre. Ces tapis peuvent être activés simultanément pour empêcher la formation de glace (mode antigivrage), ou selon un cycle défini pour faire fondre l'interface entre la glace et la surface protégée (mode dégivrage). Ce mode de fonctionnement permet de réduire la consommation d'énergie par rapport au mode antigivrage. Cependant, définir le cycle d'activation des résistances électriques ainsi que la puissance à fournir à chaque tapis représente un défi complexe. De plus, un système électrothermique doit pouvoir fonctionner efficacement dans une large plage de conditions de vol définie par les autorités de certification, tout en étant économe en énergie. L'optimisation de la conception de ce système représente donc un défi majeur.
L'optimisation de l'architecture ETIPS peut être abordée d'un point de vue numérique. Pour cela, des travaux récents utilisent l'algorithme MADS (Mesh Adaptive Direct Search), en conjonction avec un modèle de substitution généré par des processus gaussiens. Dans ces travaux, plusieurs fonctions objectif ou contraintes sont introduites (puissance électrique totale, épaisseur maximale/résiduelle de givre, irrégularité de la forme de givre, etc.). De plus, les incertitudes liées aux conditions givrantes sont prises en compte grâce à des méthodes d'optimisation robuste.
L'objectif de cette thèse est d'élargir les travaux existants en introduisant des contraintes liées aux performances aérodynamiques dans l'algorithme d'optimisation. Une attention particulière sera accordée à la recherche d'une architecture optimale garantissant un niveau de performance aérodynamique spécifique sur l'ensemble de l'enveloppe de vol.

Complementary Description

Objectifs de recherche principaux :
(i)Analyse approfondie des données et des méthodes permettant d'évaluer la perte de performance aérodynamique due à une forme de givre inconnue.
(ii)Mise en place une méthode d'optimisation couplée à une analyse de sensibilité de la solution optimale. La prise en compte des incertitudes pourra s'appuyer sur des références de la littérature et pourra également être étendue aux incertitudes numériques liées à la modélisation.
Enfin, une réflexion sera menée sur la mise en œuvre d'une approche multi-fidélité, en combinant des calculs RANS pour évaluer la perte de performance aérodynamique avec des évaluations "basse fidélité" (couplage avec des méthodes de couche limite), atteignant ainsi un compromis entre le temps de simulation et la précision des résultats.
L'algorithme d'optimisation utilisera le code de calcul de givrage de l'ONERA IGLOO2D.
Les missions:
-Etude bibliographique sur la modélisation des systèmes de protection et sur les méthodes d'optimisation.
-Mise en place d'une méthode d'optimisation basée sur des critères de la littérature.
-Mise en place d'une méthode d'optimisation basée sur des critères de dégradation de performances aérodynamiques.
-Analyser l'effet des incertitudes sur les conditions givrantes et de celles apportées par la modélisation numérique sur la solution optimale.
La publication des résultats dans des revues internationales et la participation à des conférences sont attendus.

Job Requirements

Formation : Niveau BAC+5 ; école d'ingénieur ou master en aéronautique et/ou mécanique des fluides.
Ce sujet requiert de solides connaissances en aérodynamique et en mécanique des fluides, ainsi que de bonnes connaissance en méthodes numériques pour la CFD. La connaissance d‘au moins un langage de calcul scientifique tel que python, fortran ou C++ sera nécessaire.
Vous devrez faire preuve d'une bonne autonomie, de rigueur, d'une forte capacité d'analyse et de synthèse, ainsi qu'un bon relationnel.

Specificity of the job

Le temps de la thèse sera partagé entre Safran Aerosystems (Plaisir) et l'ONERA (principalement àToulouse) avec des séjours réguliers et des déplacements à prévoir.