Développement de modèles basse et moyenne fidélité pour l'étude du flottement gyroscopique d'hélices à pales rigides ou flexibles

Alors que les avions de nouvelle génération tendent à intégrer des moteurs de plus grand diamètre sur des ailes d’allongement croissant, des préoccupations émergent concernant l'impact de ces évolutions sur le flottement gyroscopique. Cette instabilité aéroélastique, pouvant affecter les avions à hélice classiques comme des configurations plus complexes équipées d'open rotors, se manifeste par un mouvement de précession divergent de l'axe de rotation du moteur. Il est donc essentiel de s'intéresser à ce phénomène pour garantir la sécurité et la fiabilité des prochaines générations d'avions.Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objectif de modéliser et d'approfondir la compréhension du flottement gyroscopique. Plusieurs modèles aéroélastiques, reposant sur une modélisation aérodynamique basse fidélité (modèles analytiques) ou moyenne fidélité (Vortex Particle Method), sont développés afin d'étudier la stabilité de deux configurations. La première est un système simplifié avec peu de degrés de liberté représentant une hélice montée sur un pylône flexible. La seconde configuration, plus détaillée mais également plus complexe, est un modèle éléments finis d’une véritable maquette d’aile/nacelle/hélice utilisée pour des essais en soufflerie. Une attention particulière est apportée à la prise en compte de la flexibilité des pales, un facteur amené à jouer un rôle prépondérant pour les moteurs de prochaine génération.Les résultats montrent que les modèles de basse fidélité développés dans cette thèse offrent de meilleures prédictions du flottement gyroscopique que certains modèles existants. Les modèles de moyenne fidélité demeurent essentiels pour l'étude de configurations complexes, telles que les situations d'écoulements non axiaux, où il a été observé que le flottement gyroscopique est moins susceptible de se manifester. Une analyse approfondie de l'impact de la flexibilité des pales, qui devrait jouer un rôle de plus en plus important dans les nouvelles générations de moteurs, révèle qu'elle engendre l'apparition de nouvelles phénoménologies d'instabilité. En particulier, elle induit des instabilités avec un mouvement de précession direct, contrastant avec le flottement gyroscopique classique observé pour les hélices à pales rigides, qui se manifeste par un mouvement de précession indirect. De manière générale, pour des valeurs réalistes de rigidité des pales, leur flexibilité tend à stabiliser significativement le système.