Article de recherche / Research Article

Benchmarking of a 3D non-linear lifting line method against 3D RANSE simulations

Comparaison d'une méthode de ligne portante 3D non linéaire avec des simulations RANSE 3D

¹ ENSTA Bretagne, IRDL, UMR CNRS 6027, 2 rue François Verny, 29806 Brest Cedex 9, France
² Beyond the sea, 1010 avenue de l'Europe, 33260 La Teste de Buch, France

^* Correspondence : chloe.duport@ensta-bretagne.org

Received: 16 February 2017
Accepted: 5 August 2019

Abstract

As a part of the design and operation of kites as auxiliary propulsion of vessels, it is necessary to be able to quickly estimate the aerodynamic efforts along various trajectories. A 3D non-linear model based on the lifting line of Prandtl has been developed for this purpose. It allows these rapid calculations for wings with any laws for the dihedral angle, the twist, and the sweep angle, along the span, and for a general flight kinematic taking into account translation velocities and rotation rates. This model has been verified by comparison with 3D simulations performed with a Navier-Stokes solver. It gives satisfactory results in incidence and sideslip, with gaps of about 4% for forecasts lift. Special attention has been paid to the estimation of the accuracy of the provided numerical results.

Résumé

Dans le cadre de la conception et de l'exploitation de cerfs-volants pour la propulsion auxiliaire de navires, il est nécessaire de pouvoir simuler rapidement les efforts aérodynamiques le long de trajectoires quelconques. Un modèle 3D non linéaire basé sur une extension de la ligne portante de Prandtl a été mis au point à cet effet. Il permet des calculs rapides pour des ailes avec des angles de dièdre, de vrillage et de flèche, variables en envergure, pour des cinématiques de vol prenant en compte vitesses de translation et taux de rotation. Ce modèle a été vérifié grâce à des simulations 3D réalisées avec un solveur Navier-Stokes. Il donne des résultats satisfaisants en incidence et en dérapage, avec par exemple des écarts d'environ 4 % pour les prévisions en portance. Une attention particulière a été apportée à l'estimation de la précision des résultats numériques produits.