Évaluation numérique de la performance aérodynamique des configurations des voilures HLFC par une analyse de traînée champ-lointain

This paper presents the aerodynamic performance analysis of realistic large passenger aircraft equipped with a Hybrid Laminar Flow Control (HLFC) system. To this purpose, the design of two HLFC aircraft geometries is first outlined, both designed by DLR based on an Airbus HLFC variant of the XRF-1 geometry. Numerical simulations were performed with the TAU RANS solver of DLR, using an extension of its LST-based automatic transition prediction capability for cases with boundary layer suction. Aerodynamic performance assessment was then performed using the ONERA ffd72 far-field drag analysis software, allowing comparisons between configurations in terms of phenomenological drag components. The overall assessment of the different configurations considers both the laminarization benefit using HLFC technology compared to a fully turbulent reference aircraft and the performance penalty when the HLFC wing is operated under fully turbulent conditions. Results of the analysis are consistent with the geometry modifications and the flow physics, highlighting an overall HLFC benefit via the reduction of friction and viscous pressure drag components. A wave drag penalty, inherent to the laminarization of the outer wing upper surface, is identified in the original HLFC geometry designed by DLR and reduced in its further improved version.
Ce papier présente l'analyse de la performance aérodynamique des avions civils réalistes équipés avec un système de contrôle d'écoulement laminaire hybride (HLFC). Dans ce but, la conception de deux géométries d'avion HLFC est tout d'abord décrite, les deux étant conçues par le DLR en basant sur un variant HLFC de la géométrie XRF-1 par Airbus. Des simulations numériques ont été effectuées avec le solveur RANS TAU du DLR, en utilisant une extension de sa capacité de prédiction automatique de transition basée sur LST pour des cas avec aspiration de la couche limite. L'évaluation de la performance aérodynamique a ensuite été effectuée en utilisant le logiciel ffd72 d'analyse champ-lointain de la traînée de l'ONERA, permettant des comparaisons entre les configurations en termes de composantes phénoménologiques de la traînée. L'évaluation globale des différentes configurations considère à la fois les gains de laminarité introduits par la technologie HLFC par rapport à un avion de référence pleinement turbulent et la dégradation de la performance quand la voilure HLFC est opérée dans des conditions pleinement turbulentes. Les résultats de l'analyse sont consistants par rapport aux modifications de la géométrie et la physique de l'écoulement, soulignant un gain HLFC global via la réduction des composantes de frottement et de pression visqueuse de la traînée. Une augmentation de la traînée de chocs, inhérente à la laminarisation de l'extrados de la partie externe de la voilure, est également identifiée dans le cas de la géométrie HLFC originale conçue par le DLR et réduite dans sa version améliorée.