MEC594 - Aérodynamique et hydrodynamique (2023-2024)

Responsables :
Lutz Lesshafft - Ladhyx
E-mail : lesshafft@ladhyx.polytechnique.fr
Tel: 01.69.33.52.56

Christophe Clanet - Ladhyx
E-mail : clanet@ladhyx.polytechnique.fr
Tel: 01.69.33.52.58


Description générale de l’option
Le développement de nouvelles générations de véhicules aérospatiaux (avions atmosphériques et spatiaux, hélicoptères, missiles, lanceurs), maritimes (navires, sous-marins, engins d’exploration profonde, plates-formes d’exploitation océanique) ou terrestres soulève de nombreux défis en Mécanique des fluides qu’il faut correctement appréhender bien avant le stade de construction de prototypes. Les contraintes de performances toujours accrues avec des préoccupations de coût de plus en plus sévères concernent notamment les aspects suivants:

• mobilité (vitesse, manoeuvrabilité),
• consommation (rendement propulsif),
• sécurité et confort (stabilité et contrôle, vibrations),
• bruit rayonné (cette option peut accueillir des stages a coloration acoustique)

Dans cette compétition, les capacités de modélisation, issues de la recherche fondamentale, sont un atout déterminant.

Thèmes
De nombreux problèmes d’écoulements complexes rencontrés sont communs à l’aérodynamique et l’hydrodynamique car liés aux phénomènes fondamentaux comme la turbulence, les décollements, les sillages tourbillonnaires. Ainsi les mêmes modèles numériques (Euler, Navier-Stokes,...) et les mêmes moyens d’essais (souffleries, tunnels hydrodynamiques) sont souvent mis en oeuvre pour traiter les problèmes d’aérodynamique subsonique et les problèmes d’hydrodynamique. Toutefois, aérodynamique et hydrodynamique se distinguent par des effets spécifiques.

En hydrodynamique, on peut citer :

• la masse élevée du fluide (interactions gravitaires et inertielles entre le fluide et les structures),
• la présence d’une surface libre (diffraction-rayonnement de la houle par les obstacles),
• l’existence de mélange diphasique (phénomène de cavitation notamment).

En aérodynamique, les problèmes spécifiques sont ceux liés aux grandes vitesses :

• effets de la compressibilité de l’air (ondes de choc),
• effets thermiques,
• effets physico-chimiques à haute température (combustion, écoulements hypersoniques) ou à haute altitude (raréfaction).

Des progrès considérables ont été réalisés ces dernières années dans la connaissance et la prédiction des écoulements complexes, aussi bien par voie théorique ou numérique (méthodes numériques et utilisation de super-ordinateurs, théorie de la turbulence) que par voie expérimentale (mesures fines par vélocimétrie laser, nouveaux moyens d’essais à grande échelle).

L’aérodynamique et l’hydrodynamique sont des disciplines anciennes mais qui traversent actuellement une profonde mutation due en grande partie au développement des grands moyens informatiques et expérimentaux. Cette option se propose de mettre les élèves au contact direct des aspects les plus récents de ces disciplines et des défis industriels auxquels elles sont confrontées.

Les stages
Les sujets de stages peuvent être à caractère fondamental (étude fine de phénomènes complexes dans des configurations simples) ou plus appliqué (étude plus globale de configurations de la réalité).

L’accent est mis tantôt sur l’application de méthodes analytiques, tantôt sur la mise en oeuvre ou l’amélioration de codes numériques ou encore l’acquisition, le traitement et l’interprétation de données expérimentales. Souvent, différents aspects sont associés, le sujet convenant alors mieux à un travail en binôme.

Exemples de stages proposés
Le catalogue des stages de l'année dernière peut être consulté. La majorité des stages sont maintenant éffectués à l'étranger.

Marche a suivre en cas d'intérêt pour cette option

Cette option fonctionne en proposant chaque année une liste de stages suggérés par nos contacts durant le mois de septembre. Cette liste donne lieu à un catalogue distribué aux élèves qui en font la demande à la réunion de présentation des options du Département de Mécanique ou par simple e-mail adressé aux responsables. Nous incitons les élèves à choisir un sujet au sein de ce catalogue car nous connaissons les encadrements nationaux et internationaux qui proposent ces stages. Toutefois, nous pouvons également finaliser d'autres stages d'option avec un élève qui a une idée et une motivation très précises. Dans ce but, nous contacter après lecture du catalogue ET NOTER QUE LA DEFINTION DU STAGE DOIT S'EFFECTUER EN CONCERTATION AVEC LES RESPONSABLES DE L'OPTION. LES STAGES N'OFFRANT PAS DE CONTENU SCIENTIFIQUE SUFFISANT SERONT REFUSES.

Langue du cours : Français

Lutz Lesshafft - Ladhyx
E-mail : lesshafft@ladhyx.polytechnique.fr
Tel: 01.69.33.52.56

Christophe Clanet - Ladhyx
E-mail : clanet@ladhyx.polytechnique.fr
Tel: 01.69.33.52.58

General description

The development of new generations of aerospatial (atmospherical and spatial planes, missiles, launchers), maritime (vessels, submarines, deepwater exploration machines, platform exploitation platforms), or land vehicles raises many challenges in Fluid mechanics that it must be apprehended before the prototype building stage. Increasing performance constraints with cost concern involve the following aspects:

• mobility (velocity, maniability).
• consumption (propulsion efficiency).
• security and comfort (stability and control, vibrations).
• radiated noise (this option can have internships with acoustical coloration).

In this competition, modeling skills from fundamental research are a crucial asset.

Topics

A lot of encountered issues of complex flows are common to aerodynamics and hydrodynamics as they are related to fundamental phenomena like turbulent, stalls, vortical wakes. The same digital models () and tests () are therefore often implemented to address the issues of subsonic aerodynamics and issues of hydrodynamics. However, aerodynamics and hydrodynamics are distinguished by specific effects.

We can note in hydrodynamics:

• the high mass of fluid (gravity and inertial interactions between fluid and structures),
• the presence of free surface (diffraction-radiation of the swell by obstacles),
• the existence of two-phase mix (cavitation phenomenon).

In aerodynamics, the specific issues are those related to high velocity:

• effects of air compressibility (shock wave),
• thermal effects
• high temperature (combustion, hypersonic flows) or high altitude (rarefaction) phisicochemical effects.

In recent years, significative progresses have been made in knowledge and prediction of complex flow, both therorically or digitally (digital methods and use of supercomputers, turbulence theory) and experimentally (precise measurement through laser velo, new large scale tests).

Aerodynamics and hydrodynamics are old field that are currently undergoing profound change is largely due to the development of the major computing and experimental resources. This option offers to put students in direct contact with the most recent aspects of these fields and industrial challenges they face.

Internships

Subjects of internships can be of a fundamental nature (sharp study of complex phenomena in simple configurations) or more applied (more global study of reality configurations).

The focus is on application of analytical methods, implementation or improvement of digital codes or acquisition, treatment and interpretation of experimental data. Different aspects are often associated, the subject is best suited to pair work.

Examples of proposed internships

The catalogue of internships from the past year is available. Most of the internships are now done abroad.

Process in case of interest

this option works by proposing an annual list of opportunities suggested by our contacts in September. This list results in a catalog provided to students who request it during the options' of the Mechanics Department or by sending an e-mail to the person in charge. We encourage students to choose a topic within the catalog as we know the national and international organizations offering these courses. However, we can also finalize other internships with a student with a very specific idea and motivation. Please contact us after reading the catalog AND NOTE THAT THE INTERNSHIP DEFINITION MUST BE CARRIED OUT IN CONSULTATION WITH THE RESPONSIBLES OF THE OPTION. INTERNSHIPS WITHOUT SUFFICIENT SCIENTIFIC CONTENT WILL BE REFUSED.

Course language: French