CIFRE PhD Thesis - Automatic curvilinear mesh generation for aircraft design (M/F)

Job Description:

Une offre intitulée ADAPTATION AUTOMATIQUE CURVILINÉAIRE DE MAILLAGE POUR LA CONCEPTION AÉRONAUTIQUE (h/f) vient de s'ouvrir dans le département Flight Physics Capability Operations au sein d'Airbus Commercial Aircraft à Toulouse.

Votre environnement de travail :

Capitale mondiale de l'aéronautique et capitale européenne de la recherche dans le spatial, Toulouse est une ville dynamique du sud-ouest de la France desservie par un aéroport international. Idéalement située entre la mer Méditerranée et l'océan Atlantique et à proximité des Pyrénées, elle offre de nombreuses possibilités d'activités de plein air !

Parce que nous prenons soin de vous :

• Avantages financiers: Salaire attractif, accords d’intéressement et de participation, plan d'épargne salariale abondé par Airbus, plan d’actionnariat salarié sur la base du volontariat, avec attribution d'actions gratuites en fonction du nombre d’actions souscrites.

• Équilibre vie privée / professionnelle: Des jours de congés supplémentaires pour occasions spéciales et des options de transfert de congés, un comité d'entreprise proposant de nombreuses activités socio-culturelles et d’autres services. 

• Bien-être / santé: couverture complémentaire des frais de santé et de prévoyance (incapacité, invalidité, décès). Selon le site : centre de services de santé, services de conciergerie, salle de sport, application de covoiturage. 

• Développement individuel: des opportunités d’évolution et des possibilités de formations nombreuses (catalogue de plus de 10.000 e-formations disponibles en libre accès pour développer votre employabilité, certifications, programmes de développement accéléré, parcours expert, mobilité nationale et internationale).

Chez Airbus, nous vous aidons à travailler, à vous connecter et à collaborer plus facilement et de manière plus flexible. Partout où cela est possible, nous favorisons la flexibilité dans nos modes de travail afin de stimuler l'esprit d'innovation.

Mission de l’équipe:

La mission du domaine Flight Physics Capability Operations (1GZ) est de soutenir, développer et fournir des moyens et des services de simulation informatique de classe mondiale orientés client, en particulier pour l'aérodynamique, les écoulements multiphasiques, le transfert de chaleur par convection et les disciplines du givrage, par le biais de techniques excellence, innovation continue et engagements réalistes.

Le rôle:

La conception d’avions plus sûrs et plus vertueux nécessite le développement de nouveaux concepts de complexité géométrique et physique croissante. Une modélisation  numérique appropriée doit alors être mise en place, intégrant les intéractions multiphysiques entre l’aérodynamique, le dispositif propulsif, les différents composants et leurs matériaux.

Airbus, le DLR et l’ONERA ont lancé en 2018 une initiative de développement collaboratif d’un logiciel de simulation de mécanique des fluides (CFD) appelée CODA. Cette nouvelle plateforme CFD est conçue de sorte à permettre l’intégration de composants et méthodes pour la CFD de façon modulaire et ce en assurant un haut niveau d’efficacité de leur mise en œuvre sur des architectures hétérogènes de calculateurs. Cette dernière

permet donc l’utilisation de deux grandes méthodes de description mathématique du problème physique que sont la méthode des Volumes Finis (FV) et la méthode Galerkin-Discontinu (DG). De plus, CODA permet la montée en ordre de précision de l’ensemble de ses méthodes numériques.

La génération de maillage curvilignes, pour une approximation discrète de haute fidélité des géométries, est à ce jour l’un des points bloquant pour une utilisation des méthodes numériques d’ordre élevé dans un processus industriel. Ces dernières années, un certain nombre de propositions ont été faites, permettant, au travers de différentes techniques, de générer des maillages curvilignes de qualité correcte et ce avec un certain niveau

d’automatisation. Cependant, la pertinence de ces dernières dans un environnement industriel reste à démontrer.

Concernant la prise en compte de la paroi dans la méthode mathématique de description du problème physique, l’approche la plus classique en élément fini utilise la méthode iso-paramétrique dans laquelle la description de la géométrie et de l’écoulement s’effectue au moyen de polynômes d’ordre élevé. Dans l’analyse isogéométrique, les bases polynomiales ainsi définies pour la description de la géométrie sont aussi utilisées pour la description continue de l’écoulement. L’intégration spatiale des fonctions ainsi définies est alors possible. D’autres méthodes permettant la prise en compte de la courbure géométrique, dont la discrétisation est de précision insuffisante, via une correction appropriée dans le calcul du flux numérique ont été proposées. Une méthode hybride peut alors être conçue, permettant de relaxer les contraintes d’ordre de précision de la

description géométrique tout en assurant le bon ordre de précision numérique.

L’objectif de ces travaux de thèse est le développement d’une stratégie d’adaptation de maillage compatible avec les méthodes numériques d’ordre élevé de CODA. L’intérêt se portera plus particulièrement sur la prise en compte de formes géométriques courbes complexes que l’on retrouve en aéronautique. 

Le succès de ces travaux sera mesuré quant à la capacité de la stratégie retenue de permettre le contrôle de l’erreur numérique en proche paroi. Pour ce faire, un outil de génération de maillage curviligne pour le processus d’adaptation automatique de maillage par spécification de métrique sera développé dans l’environnement Flowsimulator. Une méthode de correction de l’erreur géométrique lors de l’intégration spatiale au niveau de la paroi sera de plus développée dans l’outil CODA. Sur la base de ces deux technologies principales, un processus d’adaptation de maillage à l’ordre élevé permettant un contrôle fiable de l’erreur

numérique  sera alors développé. 

Le spectre d’application visé sera la simulation d’ailes supercritiques fortement chargées et de configurations hyper-sustentées en conditions givrantes.

Votre carte d'embarquement :

En tant que candidat retenu, vous serez en mesure de démontrer les aptitudes et compétences suivantes:

• Diplôme d'ingénieur ou de recherche en Mathématiques Appliquées ou Dynamique des Fluides

• Bonne connaissance des méthodes numériques pour CFD

• Maîtriser la programmation orientée objet (C++,python)

• Communication et collaboration

• Niveau avancé d'anglais

A PhD position about Automatic curvilinear mesh generation for aircraft design is proposed in the Engineering Flight Physics Capability Team within Airbus Civil Aircraft in Toulouse.

Your working environment:

Global capital of aeronautics and European capital for space research, Toulouse is a dynamic city in the southwest of France served by an international airport. Ideally located between the Mediterranean sea and the Atlantic ocean and close to the Pyrenees mountains, it offers plenty of options for outdoor activities!

How we care for you:

• Financial rewards: Attractive salary, agreements on success and profit sharing schemes, employee savings plan abounded by Airbus and employee stock purchase plan on a voluntary basis.

• Work / Life Balance:  Extra days-off for special occasions, holiday transfer option, a Staff council offering many social, cultural and sport activities and other services.

• Wellbeing / Health: Complementary health insurance coverage (disability, invalidity, death). Depending on the site: health services center, concierge services, gym, carpooling application.

• Individual development: Great upskilling opportunities and development prospects  with unlimited access to +10.000 e-learning courses to develop your employability, certifications, expert career path, accelerated development programmes, national and international mobility.

Mission of the team

The Mission of the Flight Physics Capability Operations domain (1GZ) is to support, develop and deliver world-class customer-oriented computational simulation means and services in particular for Aerodynamics, multi-phase flows, convective heat transfer, and icing disciplines, through technical excellence, continuous innovation and realistic commitments.

The Role

Designing safer and more efficient aircraft requires the development of new concepts of increasing geometric and physical complexity. Appropriate numerical modeling must then be implemented, integrating the multiphysics interactions between aerodynamics, the propulsion system, the various components, and their materials.

In 2018, Airbus, the DLR (German Aerospace Center), and ONERA (French Aerospace Lab) launched a collaborative development initiative for computational fluid dynamics (CFD) called CODA. This new CFD software is designed to allow the modular integration of CFD technologies and methods, ensuring a high level of implementation efficiency on heterogeneous computing architectures. It therefore enables the use of two major mathematical methods for describing the physical problem: the Finite Volume (FV) method and the Discontinuous-Galerkin (DG) method. Furthermore, CODA allows for the scaling up of accuracy across all its numerical methods.

The generation of curvilinear meshes, for a high-fidelity discrete approximation of geometries, remains one of the major obstacles to the use of high-order numerical methods in industrial simulations. In recent years, several proposals have been made, enabling the generation of reasonably good curvilinear meshes with a certain level of automation through various techniques. However, their relevance in an industrial environment remains to be demonstrated.

Regarding the consideration of the wall in the mathematical method for describing the physical problem, the most classic finite element approach uses the isoparametric method, in which the geometry and flow are described using high-order polynomials. In isogeometric analysis, the polynomial bases thus defined for the geometry are also used for the continuous flow description. Spatial integration of the functions thus defined is then possible. Other methods have been proposed to account for geometric curvature, whose discretization is of insufficient precision, through appropriate correction in the numerical flow calculation. A hybrid method can then be designed, allowing for relaxation of the precision order constraints of the geometric description while ensuring the correct numerical order of accuracy.

The objective of this thesis is the development of a mesh adaptation strategy compatible with high-order numerical methods in CODA. Particular attention will be paid to the consideration of complex curved geometric shapes encountered in aeronautics.

The success of this work will be measured by the ability of the chosen strategy to control numerical error near the wall. 

To this end, a curvilinear mesh generation tool for the automatic mesh adaptation process by metric specification will be developed in the Flowsimulator environment. 

Furthermore, a method for correcting geometric error during spatial integration at the wall will be developed in the CODA tool. Based on these two main technologies, a high-order mesh adaptation process enabling reliable control of numerical error will then be developed.

The targeted application range will be the simulation of highly loaded supercritical wings and high-lift configurations under icing conditions.

Your boarding pass:

As the successful candidate, you will be able to demonstrate the following skills and competencies:

• Engineering or research master degree in Applied Mathematics or Fluid Dynamics

• Good Knowledge of numerical methods for CFD

• Mastering Object oriented programming (C++,python)

• Communication, networking and collaboration

• Advanced level of English

This job requires an awareness of any potential compliance risks and a commitment to act with integrity, as the foundation for the Company’s success, reputation and sustainable growth.

Company:

Airbus Operations SAS

Employment Type:

PHD, Research

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Classe Emploi (France): Classe F11

Experience Level:

Student

Job Family:

Flight & Space Physics

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