Faits :
A.
Par jugement du 12 juin 2014, le Tribunal correctionnel du canton de Genève a reconnu coupable X._ de contrainte sexuelle (art. 189 al. 1 CP) et de viol (art. 190 al. 1 CP) et l'a condamné à une peine privative de liberté de 3 ans sous déduction d'un jour de détention avant jugement et mis au bénéfice du sursis partiel, peine ferme de six mois et délai d'épreuve de 3 ans pour le solde. Il l'a également condamné à verser à A._ la somme de 10'000 fr. à titre de réparation du tort moral ainsi qu'aux frais de justice et à une indemnité pour les dépens.
B.
Statuant sur appel de A._ et de X._, la Chambre pénale d'appel et de révision de la Cour de justice de la République et canton de Genève a, par arrêt du 23 avril 2015, rejeté l'appel formé par A._ concluant à l'octroi d'une indemnité pour tort moral plus élevée. Elle a admis très partiellement celui formé par X._, a réformé le montant des frais de conseil juridique à payer par ce dernier à A._ pour la première instance, statué sur les frais et dépens de l'instance d'appel et renvoyé la cause au Tribunal pénal pour qu'il arrête l'indemnité pour l'activité antérieure du défenseur d'office de X._.
Sur le fond, la cour cantonale a retenu que A._, petite-fille de mollah, issue d'une famille iranienne très assidue religieusement, a eu l'occasion, en 2005, d'accompagner durant un mois ses parents chez sa tante paternelle et son oncle par alliance B._ et X._ à Genève. Elle a constaté à cette occasion la considération dont les femmes jouissaient en Suisse en comparaison de l'Iran. De retour en Iran, elle a terminé ses études à Téhéran et a pu obtenir de ses parents d'y rester quelque temps à condition d'endosser, à son retour dans sa ville natale, le rôle d'espion religieux vis-à-vis de ses collègues et élèves. Elle redoutait le retour car elle y était promise en mariage à un homme religieux intégriste, son propre frère l'ayant déjà battue pour avoir été vue avec des hommes. Elle avait également été victime de la répression exercée par la police islamique parce que, avec une amie helveticoiranienne C._, elle avait passé une soirée en compagnie d'un garçon. Convaincue de vouloir quitter son pays, elle a alors pris contact avec son oncle par alliance. X._ avait compati et accepté d'effectuer pour elle les démarches afin qu'elle puisse venir étudier en Suisse.
A son arrivée, le 8 septembre 2006, elle a été accueillie par son oncle, alors sans emploi, et sa tante. Le lendemain, alors que sa tante était au travail, A._ s'est trouvée seule avec son oncle, déprimée et bouleversée à la suite d'un téléphone avec sa mère et son frère, ce dernier l'ayant menacée de mort en raison de son départ. Son oncle, alcoolisé, lui a proposé un verre pour la réconforter. L'ingestion de l'alcool a eu sur elle beaucoup d'effet; entièrement consciente elle n'avait toutefois plus aucune réaction.
X._, profitant de sa force et de l'état de faiblesse de sa nièce, l'a forcée à entretenir des rapports sexuels, malgré son refus. A partir de ce jour, elle s'est retrouvée sous l'emprise totale de son oncle qui faisait régner une discipline de fer, exigeant de sa part une obéissance complète. Il l'a contrainte à subir l'acte sexuel, à plusieurs reprises, à la maison, dans la voiture lors de trajets vers Genève, parfois sans préservatif. Durant ses règles, il lui imposait des pénétrations anales. Par deux fois, elle a cru être enceinte et son oncle a alors exigé d'elle des activités physiques soutenues dans le but de provoquer un avortement. Pour parvenir à ses fins et s'assurer de son silence, son oncle lui répétait qu'elle devait se taire pour se protéger elle-même, que tout le monde rejetterait la faute sur elle si la perte de sa virginité et sa relation incestueuse venaient à être connues en Iran. En effet, la perte de la virginité constitue, en Iran, un déshonneur qui peut valoir d'être tuée.
Afin d'asseoir son emprise sur elle et de ne pas éveiller de soupçons, son oncle s'est employé à faire croire qu'elle entretenait des relations avec des hommes et avait un comportement inopportun. Le couple l'accusait sans cesse de mentir.
Le 18 décembre 2006, après que son oncle lui a interdit de dormir chez une amie, A._ s'est enfermée dans sa chambre. Le lendemain, son oncle et sa tante ont quitté la maison en lui reprochant d'avoir détruit leur vie de famille par son manque de respect. Après leur départ, elle s'est rendue à l'Institut X._ où son oncle l'avait introduite. Craignant d'être enceinte, elle a raconté aux époux D._ ce qui lui était arrivé. Par la suite, elle n'est plus retournée chez son oncle qui n'a cessé de la poursuivre par téléphone ou par courrier électronique. Par message, il lui a demandé pourquoi elle n'était pas venue à la maison faire le test de grossesse dont ils avaient parlé la veille.
C.
X._ recourt en matière pénale au Tribunal fédéral contre cet arrêt. Il conclut principalement à son acquittement ainsi qu'au rejet des conclusions civiles de A._ et subsidiairement au renvoi de la cause à la Chambre pénale pour nouvelle décision dans le sens des considérants, le tout avec suite de frais et dépens.
Il n'a pas été ordonné d'échange d'écritures.
Considérant en droit :
1.
Le recourant fait grief à la juridiction d'appel d'avoir procédé à une constatation manifestement inexacte des faits pertinents consécutive à une mauvaise appréciation des preuves et, partant, d'avoir violé le principe de la présomption d'innocence.
1.1. La présomption d'innocence, garantie par les art. 6 par. 2 CEDH, 32 al. 1 Cst. et 10 CPP, ainsi que son corollaire le principe " in dubio pro reo " concernent tant le fardeau de la preuve que l'appréciation des preuves. Lorsque, comme en l'espèce, l'appréciation des preuves et la constatation des faits sont critiquées en référence au principe " in dubio pro reo ", celui-ci n'a pas de portée plus large que l'interdiction de l'arbitraire (ATF 138 V 74 consid. 7 p. 82). En matière d'appréciation des preuves et d'établissement des faits, il y a arbitraire lorsque l'autorité ne prend pas en compte, sans aucune raison sérieuse, un élément de preuve propre à modifier la décision, lorsqu'elle se trompe manifestement sur son sens et sa portée, ou encore lorsque, en se fondant sur les éléments recueillis, elle en tire des constatations insoutenables. Le Tribunal fédéral n'examine la violation de droits fondamentaux que si ce moyen est invoqué et motivé par le recourant (art. 106 al. 2 LTF), c'est-à-dire s'il a été expressément soulevé et exposé de manière claire et détaillée. Les critiques de nature appellatoire sont irrecevables (ATF 140 III 264 consid. 2.3 p. 266).
1.2. Le recourant soutient, en substance, que la cour cantonale aurait procédé à une appréciation manifestement erronée des preuves en refusant l'audition de son épouse qui aurait permis d'apporter un éclairage sur la personnalité de l'intimée, sur la présence de son fils le jour présumé du premier viol, sur l'indépendance dont faisait preuve l'intimée au sein de la famille et enfin sur le fait qu'elle n'était pas promise à un mariage forcé mais arrangé.
Contrairement à ce que prétend le recourant, la cour cantonale pouvait sans arbitraire refuser de procéder à l'audition de son épouse. Cette dernière avait en effet déjà été entendue au cours de la procédure. Elle a notamment pu faire part de sa perception de la personnalité de l'intimée et de l'indépendance dont elle jouissait lors de son séjour chez eux. C'est également sans arbitraire que la cour a considéré qu'elle n'était qu'un témoin indirect des faits reprochés et que, de ce fait, son témoignage n'était pas à même d'apporter un éclairage déterminant. Au demeurant, son témoignage sur la présence de son fils à la maison le jour du premier viol n'était ni nécessaire ni pertinent. N'étant pas elle-même présente ce jour-là elle ne peut attester du fait que son fils se trouvait effectivement dans la maison au moment des faits et, quand bien même l'aurait-il été, que cela n'aurait pas empêché le viol de se produire au sous-sol de la maison. Enfin, le recourant ne démontre pas en quoi la distinction sémantique entre le mariage forcé et le mariage arrangé serait de nature à éclairer la cour sur la réalisation de l'infraction.
1.3. Le recourant soutient également que la cour cantonale aurait abusé de son droit en n'entendant pas C._. Or, cette dernière a clairement indiqué dans la déposition versée au dossier qu'elle n'avait reçu aucune confidence particulière de la part de la victime, si ce n'est avoir appris qu'elle avait été abusée par son oncle. Dans ces circonstances, la cour pouvait, en procédant à une appréciation anticipée de la preuve, arriver à la conclusion que l'audition du témoin n'était pas de nature à apporter un éclairage probant sur les faits. Quant à la qualification de la consommation d'alcool de la victime, il n'était pas nécessaire d'entendre ce témoin sur cette question, d'autres témoins, comme le fils du recourant, ayant pu confirmer que comme tous les jeunes quittant l'Iran, la victime avait essayé ce qui était interdit, en particulier de boire de l'alcool. Le fait qu'elle en ait déjà consommé avant le 9 septembre 2006 n'empêche pas que, venant d'un pays interdisant la consommation d'alcool, elle n'était manifestement pas habituée aux effets de cette substance qui pouvait la limiter dans ses réactions.
1.4. Le recourant soutient enfin qu'il subsistait des doutes insurmontables sur des éléments factuels justifiant sa condamnation.
1.4.1. Il soutient en premier lieu que la victime était revenue sur sa première déclaration relative à sa virginité et avait admis avoir menti sur ce point, fragilisant ainsi l'ensemble de son témoignage. La juridiction cantonale a expliqué de façon convaincante que les indications fournies par la victime pour expliquer les raisons de son mensonge lors de son premier interrogatoire étaient crédibles. En effet, elle a souhaité revenir elle-même sur sa première déposition indiquant qu'elle était vierge alors que rien ne l'y obligeait. Par ailleurs, la constance et la cohérence des déclarations de l'intimée pouvaient emporter la conviction des juges.
Le recourant indique également que la victime serait plus libérée qu'elle ne le prétend. A l'appui de son affirmation, il indique qu'elle a obtenu un diplôme d'anglais et d'enseignement de l'Université de Téhéran. Il n'explique cependant pas en quoi l'obtention d'un diplôme universitaire à Téhéran ou l'enseignement de l'anglais durant deux ans aurait fait d'elle une « aguicheuse calculatrice » permettant de mettre en doute la véracité de ses déclarations sur les abus dont elle a été victime. Le recourant ne parvient pas davantage à démontrer en quoi le fait qu'elle pouvait aller et venir dans le studio ou aurait pu se confier aux amis de son oncle et de sa tante, serait de nature à discréditer les déclarations de la victime. Ce d'autant plus que c'est précisément aux époux D._, dont elle a fait connaissance grâce aux relations de son oncle avec la communauté X._, que l'intimée a dénoncé pour la première fois les agissements dont elle était victime.
En résumé, le recourant se contente, dans une argumentation purement appellatoire, d'opposer sa propre version des faits à celle retenue par la cour cantonale; il ne parvient pas à démontrer en quoi, l'autorité cantonale aurait, en se fondant sur les éléments recueillis, tiré des constatations insoutenables.
1.4.2. Le recourant reproche également à la cour cantonale de n'avoir pas tenu compte des éléments parlant en sa faveur tel que son comportement exemplaire dans sa famille et au travail; il passe néanmoins sous silence les incohérences de ses déclarations. Or, l'autorité précédente a exposé en détail les raisons pour lesquelles elle a considéré que le récit du recourant n'était pas crédible. Elle a souligné l'incohérence de ses réponses en particulier lorsque, lors de son premier interrogatoire, il a indiqué « avoir peut-être eu des relations sexuelles avec sa nièce » et qu'elle avait « peut-être pratiqué des fellations » durant son sommeil. Comme l'a souligné la cour cantonale, son comportement était suffisamment transgressif pour qu'il en garde un souvenir précis. Par la suite, il s'est rétracté sans pouvoir expliquer les raisons de ce revirement, si ce n'est pour dire qu'au moment de son interrogatoire, il ignorait le contenu des déclarations de sa nièce, ce qui, comme le relève la cour cantonale, ne parle pas en sa faveur.
Par ailleurs, l'autorité précédente a exposé que les autres explications du recourant ne sont pas crédibles, en particulier, celle relative à la signification du mot test dans le message envoyé à sa nièce lui demandant si elle avait passé son test. Selon le recourant, il s'agirait d'un test d'embauche et non pas d'un test de grossesse. Comme l'a relevé la cour cantonale, une telle interprétation n'est pas soutenable, preuve en est notamment l'inquiétude manifestée par le recourant lors du départ précipité de sa nièce, inquiétude qui a même intrigué l'amie de l'intimée. Enfin, le recourant prétend que l'accès au disque dur de son ordinateur lui aurait permis de démontrer que l'intimée lui envoyait des courriels à caractère érotique. Or l'analyse du disque dur de l'ordinateur par la police judiciaire a mis en évidence des courriels, pour la plupart rédigés en persan, se référant essentiellement à la venue de sa nièce à Genève. Le ton a été qualifié d'affectueux et enfantin.
1.5. En définitive, compte tenu d'une appréciation des preuves exempte d'arbitraire, la cour cantonale était fondée à condamner le recourant pour contrainte sexuelle (art. 189 al. 1 CP) et viol (art. 190 al. 1 CP), infractions dont il ne conteste au demeurant pas la réalisation des conditions.
2.
Il s'ensuit que le recours doit être rejeté dans la mesure où il est recevable. Le recourant, qui succombe, supporte les frais judiciaires (art. 66 al. 1 LTF). Il n'y a pas lieu d'allouer de dépens, l'intimée n'ayant pas été amenée à procéder (art. 68 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2.
Les frais judiciaires arrêtés à 2'000 fr. sont mis à la charge du recourant.
3.
Le présent arrêt est communiqué aux parties et à la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre pénale d'appel et de révision.
Lausanne, le 15 avril 2016
Au nom de la Cour de droit pénal
du Tribunal fédéral suisse
Le Président : Denys
La Greffière: Klinke