Academic literature on the topic 'Maillages hybrides cartésiens / non-Structurés'

La détection d'objets enfouis, qu'il s'agisse d'engins explosifs dans un contexte militaire ou de structures archéologiques dans un contexte civil, constitue une préoccupation majeure. En termes de télédétection radar, les systèmes aéroportés, comme le radar à synthèse d’ouverture (SAR), permettent une imagerie non destructive des sous-sols tout en offrant la possibilité d'explorer de vastes zones avec une distance de sécurité par rapport à celles-ci. Cependant, leur efficacité pour la détection d’objets enfouis dépend de nombreux facteurs, tels que les caractéristiques diélectriques du sol, qui affectent la profondeur de pénétration des ondes électromagnétiques, la nature des cibles, le type d'émetteur... Une étude préliminaire, permettant de prédire la réponse des cibles en fonction des caractéristiques des systèmes et de la scène, serait alors un outil précieux pour évaluer les capacités de détection avant d'engager des campagnes de mesures.Cette thèse s'inscrit dans ce contexte, en se concentrant sur la recherche, le développement et l'optimisation d'un outil de simulation numérique destiné à évaluer précisément la surface équivalente radar (SER) d'objets enfouis. L'approche proposée repose sur une stratégie d'hybridation de solveurs FVTD (Finite Volume Time Domain) appliquée à des maillages hybrides cartésiens / non-structurés dans l'optique d'optimiser les coûts de calcul. En particulier, ces maillages hybrides permettent une représentation conforme des géométries courbes et une discrétisation spatiale localement adaptée aux vitesses de propagation des ondes électromagnétiques dans les différents milieux de la scène de calcul. La procédure d'obtention de ces maillages, basée sur le découpage du domaine de calcul en sous-domaines est détaillée, et les solveurs FVTD utilisés sont décrits en soulignant les choix effectués pour optimiser leur efficacité. L'implémentation des modèles permettant une description représentative du sol, la prise en compte précise d'une source de type onde plane et le calcul de champs lointains en présence d'un milieu avec pertes, est également abordée. L'hybridation des solveurs FVTD via une stratégie multi-domaines / multi-méthodes est présentée en détail, en mettant l'accent sur l'architecture logicielle proposée et en précisant la stabilité de la solution hybride ainsi que les enjeux de l'hybridation. Enfin, une comparaison de résultats simulés avec des données expérimentales obtenues dans le cadre d'une campagne de mesures mise en œuvre pour cette thèse, fournit une première appréciation des performances de l'outil de simulation développé. Pour conclure, la thèse met en avant la possibilité d'utiliser cet outil pour étudier l'impact des paramètres de configuration des systèmes radar sur la SER d'objets enfouis pour des scénarios donnés
The detection of buried objects, whether explosive devices in a military context or archaeological structures in a civilian context, is a major concern. In radar remote sensing, airborne systems such as Synthetic Aperture Radar (SAR) allow non-destructive imaging of subsurface environments while offering the possibility of exploring large areas from a safe distance. However, their effectiveness in detecting buried objects depends on many factors, such as the dielectric properties of the soil, which affect the penetration depth of electromagnetic waves, the nature of targets, and the type of transmitter... A preliminary study that predicts target response based on system and scene characteristics would be a valuable tool for assessing detection capabilities before launching measurement campaigns.This thesis addresses such context by focusing on the research, development, and optimization of a numerical simulation tool designed to accurately evaluate the radar cross-section (RCS) of buried objects. The proposed approach is based on a hybridization strategy using Finite Volume Time Domain (FVTD) solvers applied to hybrid Cartesian/unstructured meshes to optimize computational costs. More specifically, these hybrid meshes allow for a conformal representation of curved geometries and spatial discretization adapted to the varying electromagnetic wave propagation speeds in different media. The procedure for generating these meshes, based on the subdivision of the computational domain into subdomains is detailed, and used FVTD solvers are described, highlighting the choices made to optimize their efficiency. The implementation of models for representative soil description, accurate handling of plane-wave sources, and far-field calculations in lossy media are also addressed. The hybridization of FVTD solvers through a multi-domain/multi-method strategy is presented in detail, emphasizing proposed software architecture, the stability of the hybrid solution, and the challenges of hybridization. Finally, a comparison of simulated results with experimental data obtained during a measurement campaign conducted for this thesis provides an initial assessment of the performance of developed simulation tool. In conclusion, this thesis highlights the potential of this tool in studying the impact of radar system configuration parameters on buried objects RCS in given scenarios

L'objet de cette étude concerne le développement de nouvelles méthodes numériques pour la résolution des équations d’Euler et de Navier-Stokes tridimensionnelles à l'aide de maillages hybrides structurés / non structurés. Les écoulements de fluide parfait sont simulés à l'aide d'un schéma en temps de type Runge-Kutta à quatre pas et d'un schéma en espace soit de type centre de Jameson, soit de type décentré de roe avec extrapolation muscl, ces deux schémas étant appliqués à des volumes de contrôle de forme générale. Des techniques d'accélération par pas de temps local, lissage implicite des résidus et méthode multigrille par agglomération ont été implémentées et permettent d'obtenir un gain en temps de calcul d'un facteur 10. Les écoulements de fluide visqueux sont simulés sur des maillages hybrides structurés / non structurés afin de capturer finement les couches limites. La turbulence est prise en compte à l'aide d'un modèle à une équation de transport de Spalart-Allmaras. Enfin, afin de corriger l'erreur numérique liée à la distribution inadéquate des points du maillage initial, une technique d'adaptation automatique de maillages non structurés est proposée. Elle repose sur l'utilisation d'un estimateur d'erreur évaluant l'erreur d'interpolation sur les arêtes et sur un enrichissement local anisotropique du maillage. Les méthodes numériques etudiees sont appliquées à différents cas test bidimensionnels et tridimensionnels.

Les motoristes aéronautiques souhaitent disposer de la représentation la plus fidèle possible du fonctionnement des propulseurs, dans une perspective d'amélioration continue de leurs performances. Les modèles numériques doivent donc intégrer au maximum les détails géométriques susceptibles d'influencer la physique de l'écoulement analysé. La prise en compte de tels effets technologiques s'avère difficile dans le contexte des solveurs structurés disponibles.Une stratégie hybride de prise en compte des effets technologiques fait coexister au sein d'un même domaine de calcul des zones structurées et non structurées. La flexibilité de génération d'un maillage non structuré permet une prise en compte aisée des détails géométriquement complexes tandis que la préservation de zones structurées dans une majeure partie du domaine de calcul permet de bénéficier de l'efficacité d'un solveur structuré. La présente thèse contribue au développement de cette stratégie hybride au sein du solveur elsA de l'ONERA en proposant des gains de précision et de robustesse par rapport à la version initialement développée pour établir la faisabilité et l'intérêt de l'approche. Après un état de l'art des techniques de discrétisation spatiale disponibles dans cette version initiale, différentes améliorations (techniques de moindres carrés, approche dite quasi-Green, méthode d'estimation des gradients aux faces) ont été analysées puis implémentées et validées sur des cas académiques. Le choix d'une stratégie hybride avec raccords coïncidents entre zones structurées et non-structurées conduit à des déformations de maillage dans la zone d'interface structuré / non-structuré qui ont exigé le développement supplémentaire de techniques d'amélioration de la robustesse (limiteurs physiques ou géométriques). Le solveur hybride rassemblant ces différentes fonctionnalités a permisde simuler avec succès des géométries d'aubes isolées dotées d'effets technologiques tels que congé de raccordement, trous de refroidissement, fentes de bord de fuite, cheminées internes d'alimentation. Enfin, une stratégie permettant l'utilisation de l'approche hybride en étage complet a été proposée et appliquée à la simulation hybride de l'interaction rotor/stator pour la configuration VKI-BRITE CT3, en stationnaire et en instationnaire, respectivement via une condition de plan de mélange et une condition de chorochronicité
The aerospace engine manufacturers wish to rely on the most accurate description of their propulsion systems in order to continuously improve their performance levels. Therefore, numerical models must include as much as possible geometrical details likely to impact the physics of the flow under study. Taking into account such technological effects turns out to be a difficult task when working with available structured solvers. A hybrid strategy takes advantage of structured and unstructured zones within the same computational domain in order to efficiently describe technological effects. Geometrically complex local details are easily accounted for thanks to the flexibility of unstructured grid generation while keeping structured zones in the remainder of the flow domain allows to benefit from the tried and tested structured solver efficiency. The present work contributes to the development of such a hybrid strategy in ONERA elsA solver and enhances accuracy and robustness with respect to the solver initially developed to establish the feasibility and interest of hybridization. Following a review of the space discretization techniques available in the initial solver, several improvements (least square techniques, quasi-Green approach, computation of face gradients) have been analysed, then implemented and validated for academic test-cases. The choice of a hybrid strategy with coincident matching between structured and unstructured zones leads to highly deformed cells in the structured / unstructured interface region, requiring the development of supplementary robustness improvement techniques (physics- or geometry-based limiters). The hybrid solver gathering these various options allows to successfully compute isolated blade geometries including technological effects such as blade fillet, cooling holes, trailing edge cutbacks, internal coolant supply channel. Finally, a structured / unstructured strategy has been proposed and applied to the hybrid simulation of a rotor/stator interaction for the steady and unsteady

La simulation numérique est aujourd'hui un outils majeur dans la conception des objets aérodynamiques, que ce soit dans l'aéronautique, l'automobile, l'industrie navale, etc... Un des défis majeurs pour repousser les limites des codes de simulation est d'améliorer leur précision, tout en utilisant une quantité fixe de ressources (puissance et/ou temps de calcul). Cet objectif peut être atteint par deux approches différentes, soit en construisant une discrétisation fournissant sur un maillage donné une solution d'ordre très élevé, soit en construisant un schéma compact et massivement parallélisable, de manière à minimiser le temps de calcul en distribuant le problème sur un grand nombre de processeurs. Dans cette thèse, nous tentons de rassembler ces deux approches par le développement et l'implémentation de Schéma Distribuant le Résidu (RDS) d'ordre très élevé et de compacité maximale. Ce manuscrit commence par un rappel des principaux résultats mathématiques concernant les Lois de Conservation hyperboliques (CLs). Le but de cette première partie est de mettre en évidence les propriétés des solutions analytiques que nous cherchons à approcher, de manière à injecter ces propriétés dans celles de la solution discrète recherchée. Nous décrivons ensuite les trois étapes principales de la construction d'un schéma RD d'ordre très élevé : \begin{itemize} \item la représentation polynomiale d'ordre très élevé de la solution sur des polygones et des polyèdres; \item la description de méthodes distribuant le résidu de faible ordre, compactes et conservatives, consistantes avec une représentation polynomiale des données de très haut degré. Parmi elles, une attention particulière est donnée à la plus simple, issue d'une généralisation du schéma de Lax-Friedrichs (LxF); \item la mise en place d'une procédure préservant la positivité qui transforme tout schéma stable et linéaire, en un schéma non linéaire d'ordre très élevé, capturant les chocs de manière non oscillante. \end{itemize} Dans le manuscrit, nous montrons que les schémas obtenus par cette procédure sont consistants avec la CL considérée, qu'ils sont stables en norme $\L^{\infty}$ et qu'ils ont la bonne erreur de troncature. Même si tous ces développements théoriques ne sont démontrés que dans le cas de CL scalaires, des remarques au sujet des problèmes vectoriels sont faites dès que cela est possible. Malheureusement, lorsqu'on considère le schéma LxF, le problème algébrique non linéaire associé à la recherche de la solution stationnaire est en général mal posé. En particulier, on observe l'apparition de modes parasites de haute fréquence dans les régions de faible gradient. Ceux-ci sont éliminés grâce à un terme supplémentaire de stabilisation dont les effets et l'évaluation numérique sont précisément détaillés. Enfin, nous nous intéressons à une discrétisation correcte des conditions limites pour le schéma d'ordre élevé proposé. Cette théorie est ensuite illustrée sur des cas test scalaires bidimensionnels simples. Afin de montrer la généralité de notre approche, des maillages composés uniquement de triangles et des maillages hybrides, composés de triangles et de quadrangles, sont utilisés. Les résultats obtenus par ces tests confirment ce qui est attendu par la théorie et mettent en avant certains avantages des maillages hybrides. Nous considérons ensuite des solutions bidimensionnelles des équations d'Euler de la dynamique des gaz. Les résultats sont assez bons, mais on perd les pentes de convergence attendues dès que des conditions limite de paroi sont utilisées. Ce problème nécessite encore d'être étudié. Nous présentons alors l'implémentation parallèle du schéma. Celle-ci est analysée et illustrée à travers des cas test tridimensionnel de grande taille. Du fait de la relative nouveauté et de la complexité des problèmes tridimensionels, seuls des remarques qualitatives sont faites pour ces cas test : le comportement global semble être bon, mais plus de travail est encore nécessaire pour définir les propriétés du schémas en trois dimensions. Enfin, nous présentons une extension possible du schéma aux équations de Navier-Stokes dans laquelle les termes visqueux sont traités par une formulation de type Galerkin. La consistance de cette formulation avec les équations de Navier-Stokes est démontrée et quelques remarques au sujet de la précision du schéma sont soulevées. La méthode est validé sur une couche limite de Blasius pour laquelle nous obtenons des résultats satisfaisants. Ce travail offre une meilleure compréhension des propriétés générales des schémas RD d'ordre très élevé et soulève de nouvelles questions pour des améliorations futures. Ces améliorations devrait faire des schémas RD une alternative attractive aux discrétisations classiques FV ou ENO/WENO, aussi bien qu'aux schémas Galerkin Discontinu d'ordre très élevé, de plus en plus populaires.