L'optimisation hélice CFD n'est pas un bouton. C'est une boucle : on calcule, on regarde où l'écoulement travaille mal, on corrige la géométrie, on recalcule, on vérifie que le gain est réel. Ce didacticiel conduit cette boucle une fois, complètement.

Le partage des rôles entre les deux méthodes est ici l'essentiel. Le BEM d'Heliciel est l'outil qui modifie : il recalcule une géométrie complète en une fraction de seconde, et sait chercher un optimum par balayage. La CFD est l'outil qui voit : elle montre le décollement, le tourbillon, la zone morte que le BEM ne peut que corriger de façon empirique.

• Prérequis : une hélice déjà optimisée en BEM, et un premier calcul CFD à un niveau au moins Étude ;
• Durée : une demi-journée pour une boucle complète ;
• Ce que vous en tirez : une méthode reproductible, et la discipline qui empêche de prendre du bruit numérique pour un gain.

• Déroulé du didacticiel :

1. Étape 1 : regarder où l'écoulement travaille mal
2. Étape 2 : attribuer le défaut à un paramètre
3. Étape 3 : corriger dans Heliciel
4. Étape 4 : recalculer à l'identique
5. Étape 5 : mesurer le gain, ou l'absence de gain
6. Ne pas optimiser un seul point

1 : Regarder où l'écoulement travaille mal

Le calcul de départ étant terminé, onglet Résultats. Quatre observations à faire dans l'ordre :

• Pression surface : cherchez les zones où la différence entre les deux faces est faible. Une portion de pale qui ne charge pas ne travaille pas, et sa traînée est une perte pure ;
• Lignes courant : cherchez un décollement, c'est-à-dire un endroit où les trajectoires quittent la surface et recirculent ;
• coupes cylindriques à plusieurs rayons : elles donnent la section de pale dans son écoulement réel, avec son incidence apparente. C'est la vue qui permet de dire si une section est calée trop fort ou trop faible ;
• bout de pale : regardez l'intensité du tourbillon marginal et l'étendue de la zone déchargée.

Prenez une capture de chaque observation avec le bouton Capture : vous en aurez besoin pour la comparaison finale, et de mémoire on se trompe.

Le point de départ : une zone où l'écoulement décolle, et une portion de pale qui ne charge pas

2 : Attribuer le défaut à un paramètre

Un défaut vu n'est utile que si on sait quel paramètre le commande. La correspondance habituelle :

Une seule correction à la fois. C'est fastidieux, et c'est la seule façon de savoir ce qui a produit le gain : deux modifications simultanées peuvent se compenser et donner l'illusion qu'aucune ne sert.

Retour dans Heliciel : la distribution de calage et de corde, là où la correction se fait

3 : Corriger dans Heliciel

La correction se fait dans le projet BEM, pas dans le banc CFD. C'est là que se trouvent la distribution de corde, le vrillage, le choix des profils par élément, le rayon de pied et la forme de la génératrice.

L'entrée de menu Fichier > Open projet heliciel origine du cas actuel du banc CFD rouvre exactement le projet dont le cas est issu. Cette précaution vaut d'être prise systématiquement : rien n'est plus frustrant que de comparer un calcul CFD à une hélice qui n'est plus celle qui a été maillée.

Heliciel dispose aussi de ses propres outils de recherche d'optimum par balayage — régime, nombre de pales, rayon, distribution de cordes. Ils travaillent en BEM, donc en une fraction de seconde par essai. La bonne division du travail est celle-là : chercher en BEM, vérifier en CFD. Chercher en CFD reviendrait à payer des heures de calcul par essai pour explorer un espace que le BEM parcourt en quelques secondes.

4 : Recalculer à l'identique

Créez un nouveau cas CFD sur la géométrie corrigée, et surtout : à l'identique. Même préréglage de maillage, même préréglage solveur, même point de fonctionnement, même nombre de processus.

C'est la règle de la comparaison, et elle est facile à violer sans le vouloir. Comparer un calcul au niveau Étude à un calcul au niveau Étude fine ne mesure pas votre correction : cela mesure la différence de maillage, qui peut être du même ordre.

Conservez le premier cas plutôt que de l'écraser : Fichier > Enregistrer le cas CFD sous… avant de repartir. Un dossier de cas est autoportant, et vous voudrez y revenir.

Avant et après, sur la même échelle de couleurs : c'est la seule comparaison qui a une valeur

5 : Mesurer le gain, ou l'absence de gain

Ouvrez le tableau Matrix Me! des deux cas et comparez. Trois questions, dans cet ordre :

1. Le gain dépasse-t-il l'incertitude du calcul ? Si vous savez, par votre étude de convergence en maillage, que le niveau employé donne les forces à quelques pour cent près, un gain d'un pour cent n'est pas un gain : c'est du bruit ;
2. Le défaut visé a-t-il disparu ? Reprenez les mêmes vues qu'à l'étape 1, sur la même échelle de couleurs, et vérifiez visuellement ;
3. Un autre défaut est-il apparu ? Corriger le calage d'une section déplace la charge sur ses voisines. C'est la raison pour laquelle on reprend l'observation complète, pas seulement la zone corrigée.

Un résultat négatif est un résultat : notez-le. Une correction qui n'apporte rien vous évite de la refaire au projet suivant.

Le tableau qui tranche : forces avant, forces après, écart — et l'incertitude du calcul en regard

6 : Ne pas optimiser un seul point

Une hélice optimisée pour un unique point de fonctionnement peut être médiocre partout ailleurs. C'est un piège classique, et il coûte cher sur une machine réelle qui passe l'essentiel de son temps hors du point nominal.

La méthode : vérifiez chaque candidate sur au moins deux ou trois points représentatifs de son usage — décollage et croisière pour une hélice d'avion, régime nominal et rafale pour une éolienne, plage de vitesses pour une hélice marine.

Ici encore, le partage des rôles s'impose de lui-même. Le balayage multi-points se fait en BEM, où chaque point coûte une fraction de seconde. La CFD ne valide que les configurations retenues, et sur les points qui comptent vraiment. Un balayage complet en CFD n'est pas une méthode de conception : c'est une méthode de vérification, employée à contre-emploi.

Pour ancrer une campagne d'optimisation sur une référence extérieure, le didacticiel n°18 montre comment se caler sur des données établies.

La collection des vingt didacticiels CFD

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1. Première simulation CFD d'hélice
2. Lire le dossier de cas OpenFOAM
3. Choisir son préréglage de maillage
4. La zone MRF et la Phase 1
5. La Phase 2 en maillage glissant
6. Confronter le BEM et la CFD
7. Lire la convergence d'un calcul
8. Les modèles de turbulence
9. Couche limite et y+
10. Lire une carte de pression
11. D'où viennent les forces
12. Vérifier une polaire de profil
13. Hélice marine et cavitation
14. Éolienne et hydrolienne
15. Ventilateur en conduit fermé
16. Hélice d'avion, croisière et point fixe
17. La boucle d'optimisation (vous êtes ici)
18. Se caler sur une référence
19. De la carène à l'hélice
20. Le dossier de calcul livrable

Cette série accompagne les didacticiels de conception Heliciel, qui traitent la partie BEM : conception de la pale, choix du régime, courbes de performance. La CFD vient après eux, pour vérifier et pour voir.