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Communication Dans Un Congrès Année : 2023

Spectral model of wall-pressure fluctuations applied to the transonic flow around a generic space launcher

Modèle spectral de fluctuations de pression pariétales appliqué à l’écoulement transsonique autour d’un lanceur spatial générique

Résumé

High fidelity approaches based on LES or hybrid RANS-LES methods allow to predict unsteady quantities such as wall-pressure fluctuations for complex configurations. However, they are still expensive and time-consuming in terms of computational resources, especially in the earlier phases of design. In this context, this study presents an analytical spectral model for predicting wall-pressure fluctuations for complex, three-dimensional configurations using mean flow data as input. The model is first assessed on a transonic launcher configuration simulated with Zonal Detached Eddy Simulation (ZDES). Then, model outputs, namely the fluctuating wall-pressure coefficient and one-point pressure spectra are compared to numerical results to the reference ZDES computation and available experimental data. Finally, the present model is applied to the RANS mean flow fields using the Spalart-Allmaras model. Using inputs from RANS computations is more challenging compared to ZDES as some turbulent quantities are not provided by the simulation and must be modeled, but it represents an outstanding gain in term of the global computational cost. The predicted fluctuating wall-pressure coefficients and one-point spectra are found to be in very good agreement with ZDES data, given the computational efficiency of the model.
Les simulations haute fidélité basées sur des méthodes LES ou hybride RANS-LES permettent de prévoir les fluctuations de pression pariétale pour des configurations complexes. Cependant, ces méthodes sont encore trop coûteuses en temps et ressources de calcul pour pouvoir être utilisées en phase d'avant-projet. Cette étude présente un modèle spectral analytique pour la prévision des fluctuations de pression pariétale pour des configuration tridimensionnelles prenant des champs moyennés en entrée. Le modèle est tout d'abord évalué sur une configuration de lanceur spatial en régime transsonique simulée par ZDES. Ensuite, les coefficients de pression rms et les spectres de pressino pariétale prévus pas le modèle sont comparés aux données expérimentales ainsi qu'aux données numériques issues de la ZDES. Finalement, le modèle est appliqué sur un champ RANS obtenu à l'aide du modèle de Spalart-Allmaras. Utiliser en entrée des champs RANS se révèle plus complexe car certaines variables d'entrée du modèle ne sont pas fournies par la simulation et doivent être modélisée. Cependant, cela représente un gain conséquent en terme de réduction du coût de calcul. Les résultats se révèlent être en très bon accord avec les données issues de la ZDES, étant donné le faible coût de calcul du modèle.
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Dates et versions

hal-04050224 , version 1 (29-03-2023)

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Citer

Simon Lecler, Pierre-Élie Weiss, Sébastien Deck. Spectral model of wall-pressure fluctuations applied to the transonic flow around a generic space launcher. AIAA SCITECH 2023 Forum, Jan 2023, National Harbor, United States. ⟨10.2514/6.2023-0247⟩. ⟨hal-04050224⟩
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