CIFRE-PhD Aeroacoustic simulation of jet-airframe interactions with Lattice-Boltzmann Method (H/F)

Job Description:

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Keen to participate in the technical challenges of future silent aircraft ?

Airbus Commercial Aircraft is looking for a PhD candidate in Aeroacoustic simulation of jet-airframe interactions with Lattice-Boltzmann Method to contribute to the development of numerical aeroacoustic methods for the simulation of jet noise when installed on the airframe.

The team:

Located in Airbus Commercial Aircraft division in Toulouse, within the engineering Propulsion Center of Competence, the "Data Integration & Advanced Methods" team is a multidisciplinary team. 

We are responsible for the development and deployment of advanced methodologies - including numerical simulations, modeling, and artificial intelligence - to address complex physical challenges related to propulsion systems and acoustics. Our activities are diverse, spanning from Research & Technology (R&T) to specific aircraft programs in order to support core business objectives.

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.

At Airbus, we support you to work, connect and collaborate more easily and flexibly.   Wherever possible, we foster flexible working arrangements to stimulate innovative thinking.

Your mission:

With the rise of ultra-high bypass ratio engines (BPR > 10), the boundary between "engine" and "airframe" is blurring. As turbofan engines move closer to the wing, the jet flow produced by the exhausts interacts more significantly with the airframe (wing and flaps) than in traditional aircraft configurations. This produces jet-airframe interaction noise. This aeroacoustic source must be better understood and modeled to enable the design of the next generation of quieter aircraft. 

Numerical tools are widely used in the aerospace industry to understand flow phenomena, particularly 3D unsteady CFD for aeroacoustics. Nevertheless, traditional unsteady CFD solvers are often computationally expensive and labor-intensive, making them difficult to integrate into industrial optimization loops or to use for efficient assessment of specific phenomena. The Lattice-Boltzmann Method (LBM) has proven to be an efficient alternative to traditional solvers and a strong contender for addressing future industrial challenges, especially in aeroacoustics.

Previously limited to flows below Mach number of 0.4, recent advances have made LBM accessible for typical aeronautical flows, making it effective for studying high-subsonic flows such as those encountered in isolated and installed jet noise. However, while very promising for simple academic cases, internal studies show that LBM struggles with realistic jet configurations involving dual fluxes, high-speed, hot primary flows and flight effects. These limitations primarily stem from the modeling of the flow at the octree mesh interface, which produces numerical discrepancies in high-speed configurations.

In the frame of the present PhD thesis, You will develop and improve numerical tools based on the LBM to predict the noise emitted by engine jets installed under high lifted wings.  More specifically, You will enhance the maturity of the transitions algorithm at octree mesh interfaces in a realistic environment in terms of both geometric complexity and physical complexity (high Reynolds number flows). You will develop yourself in an international context in the frame of aircraft development.

Your academic supervision will be ensured with the CERFACS, a reference research center on LBM in Toulouse. 

If these new opportunities and challenges are what you are looking for, we are ready to support you all along your integration !

Your challenges :

Your main tasks and responsibilities may include :

1. Academic Axis 

This axis focuses on the ability of the LBM approach to achieve the required accuracy for reliable aeroacoustic calculations. Specifically, you will work to improve the accuracy of algorithms handling non-conformal (non-coincident) mesh interfaces within environments of high geometric and physical complexity (high Mach and high Reynolds numbers) in a compressible regime.

The work will be structured as follows:

• Identify the dominant factors in spurious noise emissions in the frame of jet aeroacoustics.

• Evaluate the trade-offs between cell-centered and vertex-centered algorithms.

• Adapt the 'Direct Coupling' mesh refinement algorithm to new compressible models (energy-conservative or entropy-based).

• Identify levers, develop, and assess new algorithms to improve mesh interface accuracy within the framework of jet aeroacoustics.

• As an overarching challenge, focus on the numerical stability and spectral accuracy of LBM schemes in the high-speed compressible regime

2. Operational/Application Axis 

This second axis focuses on the gradual validation of the LBM approach across cases of increasing complexity (both geometric and physical). Validation steps include:

• Academic Jets: Simple round jets, accounting for Mach and temperature effects.

• Jets with Co-flow: Simulating flight speed through external airflow moving in the same direction as the jet, for isolated single- and dual-stream jet configurations.

• Wing & Flap Installation: Investigating the primary sources of interaction noise caused by turbulent jet motion passing under solid surfaces or distorting at trailing edges.

Of course, your 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.
 

Your boarding pass :

We are looking for candidates with the following skills and experience :

• Engineer, Masters degree in aero-acoustics or  fluid mechanics

• Good knowledge and practice of unsteady aeroacoustic CFD simulation methods

• Very good knowledge and practice of numerical methods and turbulence modelling

• Good knowledge of scientific programming languages, such as Python, C++

A plus would be to have knowledge / experience in:

• pre- and post-processing tools for unsteady CFD simulation for acoustics (Tecplot, Paraview)

• Acoustics theory and methods

Soft skills required: 

- Very good ability in human relationship

- Customer oriented mindset

- Curiosity & Autonomy & Collaborative mindset with various research partners

- Advanced level in English

Not a 100% match? No worries! Airbus supports your personal growth with customized development solutions.
 

Take your career to a new level and apply online now !

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FR

Vous souhaitez participer aux défis techniques des futurs avions silencieux ?

Airbus Commercial Aircraft recherche un(e) candidat(e) de thèse CIFRE en Simulation Aeroacoustique de l’interaction jet-voilure avec la méthode Lattice-Boltzmann pour contribuer au développement de méthodes aéroacoustiques numériques pour la simulation du bruit jet installé sous voilure.

L'équipe :

Au sein de la division Airbus Commercial Aircraft à Toulouse et du Centre de Compétences Propulsion, l'équipe "Data Integration & Advanced methods" est une équipe multidisciplinaire, en charge du développement et du déploiement de méthodes avancées (simulations numériques, modélisation, intelligence artificielle) couvrant l'ensemble des problématiques physiques liées au système de propulsion et à l'acoustique. Les domaines d'activité de l'équipe sont riches et diversifiés et couvrent principalement des sujets de R&T et de programme avion.

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.

Vos challenges :

Avec l’essor des moteurs à haut taux de dilution (BPR > 10), la frontière entre le « moteur » et la « cellule » de l'avion devient de plus en plus floue. À mesure que les turboréacteurs se rapprochent de l'aile, l’écoulement du jet interagit de manière plus significative avec la structure (aile et volets) que sur les configurations d'avions traditionnelles. Ce phénomène génère ce que l'on appelle le bruit d'interaction jet-cellule. Cette source aéroacoustique doit être mieux comprise et modélisée pour permettre la conception de la prochaine génération d'avions plus silencieux.

Les outils de simulation numérique sont de plus en plus utilisés dans l'industrie aérospatiale pour comprendre les phénomènes d'écoulement, en particulier la CFD instationnaire 3D pour l'aéroacoustique. Néanmoins, les solveurs CFD instationnaires traditionnels sont souvent coûteux en ressources de calcul et exigeants en temps de préparation, ce qui les rend difficiles à intégrer dans des boucles d'optimisation industrielle ou pour l'évaluation efficace de phénomènes spécifiques. La Méthode Lattice-Boltzmann (LBM) s'est imposée comme une alternative performante aux solveurs traditionnels et comme une solution de premier plan pour relever les futurs défis industriels, notamment en aéroacoustique.

Auparavant limitée aux écoulements dont le nombre de Mach est inférieur à 0.4, des avancées récentes ont rendu la LBM applicable aux écoulements aéronautiques typiques. Elle est désormais efficace pour l'étude des écoulements dans le régime haut-subsonique, tels que ceux rencontrés dans le bruit de jet isolé ou installé. Cependant, bien que très prometteuse sur des cas académiques simples, des études internes montrent que la LBM rencontre encore des difficultés avec les configurations de jets réalistes impliquant des tuyères double flux, des flux primaires chauds à grande vitesse, des effets de vol. Ces limitations proviennent principalement de la modélisation de l'écoulement aux interfaces de maillage octree, qui génère des perturbations numériques parasites dans les configurations à haute vitesse.

Dans le cadre de cette thèse de doctorat, vous développerez et améliorerez des outils numériques basés sur la LBM afin de prédire le bruit émis par les jets moteurs installés sous des ailes en configuration hypersustentée. Plus précisément, vous chercherez à améliorer la maturité de l'algorithme de transition aux interfaces de maillage octree dans un environnement réaliste, tant en termes de complexité géométrique que physique (écoulements à haut nombre de Reynolds). Vous évoluerez dans un contexte international, au cœur des activités de recherche et développement aéronautique, en lien avec les partenaires majeurs d'Airbus, tels que des centres de recherche de premier plan.

Votre encadrement académique sera assuré par le CERFACS, centre de recherche de référence sur la LBM sur Toulouse. 

Si ces nouvelles opportunités et défis correspondent à ce que vous recherchez, nous sommes prêts à vous accompagner tout au long de votre intégration !

Activités/Responsabilités :
 

Vos principales tâches et responsabilités pourront être les suivantes :

1. Axe Académique 

Cet axe porte sur la capacité de l'approche LBM à atteindre le niveau de précision requis pour des calculs aéroacoustiques de jets subsoniques fiables. Plus précisément, vous travaillerez à l'amélioration de la précision des algorithmes gérant les interfaces de maillage non-coïncidentes au sein d'environnements présentant une forte complexité géométrique et physique (nombres de Mach et de Reynolds élevés) en régime compressible. Le travail sera structuré comme suit :

• Identifier les facteurs dominants dans les émissions de bruit parasite dans le contexte de l'aéroacoustique des jets.

• Évaluer les avantages / inconvénients entre les algorithmes de type « cell-centered » (centrés aux cellules) et « vertex-centered » (centrés aux sommets).

• Adapter l'algorithme de raffinement de maillage « Direct Coupling » - reconnu pour sa précision acoustique - aux nouveaux modèles compressibles (basés sur la conservation de l'énergie ou sur l'entropie).

• Identifier des pistes d'amélioration, développer et évaluer de nouveaux algorithmes pour améliorer la précision aux interfaces de maillage dans le cadre de l'aéroacoustique des jets.

• De manière plus globale : se concentrer sur la stabilité numérique et la précision spectrale des schémas LBM en régime compressible.

2. Axe Opérationnel / Application 

Ce second axe de travail est orienté vers la validation progressive de l'approche LBM sur des cas de complexité croissante, tant sur le plan géométrique que sur celui de la physique de l'écoulement. Les étapes de validation incluent :

• Jets académiques : Jets axisymétrique simples, prenant en compte les effets de Mach et de température.

• Jets avec entrainement (co-flow) : Simulation de la vitesse de vol via un écoulement externe parallèle au jet, s'étendant par la suite aux jets double flux (bypass jets).

• Installation vis à vis de l’aile et du volet : Étude des principales sources de bruit d'interaction générées par les structures turbulentes du jet rasant les surfaces solides ou se diffractant aux bords de fuite.

Bien entendu, votre poste nécessite une sensibilisation à tout risque potentiel de conformité et un engagement à agir avec intégrité, fondement du succès, de la réputation et de la croissance durable de l'entreprise.

Votre carte d’embarquement :

Nous recherchons des candidat(e)s ayant les compétences et l'expérience suivantes :

• Ingénieur, Master II en aéro-acoustique ou en mécanique des fluides.

• Bonne connaissance et pratique des méthodes de simulation CFD instationnaire pour l’aéroacoustique

• Très bonne connaissance et pratique des méthodes numériques et de la modélisation de la turbulence

• Bonne connaissance des langages de programmation scientifiques (Python et C++) 

Un plus serait d'avoir une connaissance :

• Des outils de pré- et post-traitement pour la simulation CFD instationnaire pour l'acoustique. (Tecplot, Paraview)

• Théorie et méthodes de l'acoustique

Compétences non techniques (soft skills) requises : 

• Très bonne aptitude aux relations humaines

• Esprit orienté client

• Curiosité, Autonomie et Esprit de collaboration avec les partenaires de recherche

• Niveau avancé en anglais

Vous ne matchez pas à 100%? Pas d'inquiétude! Airbus vous accompagnera dans votre plan de développement.

Donnez une nouvelle dimension à votre carrière en candidatant en ligne maintenant! 

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:

Entry Level

Job Family:

Flight & Space Physics <JF-EN-EE>

By submitting your CV or application you are consenting to Airbus using and storing information about you for monitoring purposes relating to your application or future employment. This information will only be used by Airbus.
Airbus is committed to achieving workforce diversity and creating an inclusive working environment. We welcome all applications irrespective of social and cultural background, age, gender, disability, sexual orientation or religious belief.

Airbus is, and always has been, committed to equal opportunities for all. As such, we will never ask for any type of monetary exchange in the frame of a recruitment process. Any impersonation of Airbus to do so should be reported to emsom@airbus.com.

At Airbus, we support you to work, connect and collaborate more easily and flexibly. Wherever possible, we foster flexible working arrangements to stimulate innovative thinking.