Optimisation de la dynamique d'une aile rigide montée sur des supports élastiques

Jean-Christophe Veilleux

Étudiant à la maîtrise
jean-christophe.veilleux.1@ulaval.ca

Une aile rigide de profil symétrique qui est montée sur des supports élastiques en pilonnement (translation) et en tangage (rotation) peut développer des oscillations auto-induites lorsque positionnée dans un écoulement. Ce phénomène de flottement est associé au décrochage dynamique de l'aile ainsi qu'au couplage aérodynamique et structurel entre les deux degrés de liberté. Lorsque des oscillations auto-induites sont observées, l'énergie nécessaire afin de soutenir ces oscillations est fournie à l'aile par l'écoulement lui-même, ce qui transforme l'aile oscillante en une forme de mécanisme d'extraction d'énergie.

Des simulations numériques ainsi que des essais en soufflerie ont démontré que les oscillations auto-induites de l'aile peuvent atteindre des amplitudes considérables. De récentes simulations numériques ont aussi démontré que le transfert d'énergie de l'écoulement vers l'aile peut être affecté positivement (à la hausse) par un choix judicieux des multiples paramètres libres du montage. Ainsi, une optimisation de l'énergie extraite par l'aile oscillante pourrait permettre de transformer ce mécanisme aux allures relativement simples en une nouvelle forme de turbine hydraulique destinée à la production d'hydroélectricité.

Cette optimisation de l'énergie extraite par l'aile oscillante est effectuée en utilisant OpenFOAM, un logiciel libre de mécanique des fluides numérique (CFD). L'interaction entre le fluide et la structure doit être prise en compte dans ces simulations afin de prévoir le plus fidèlement possible les oscillations de l'aile ainsi que l'énergie extraite de l'écoulement. Cette interaction entre le fluide et la structure (FSI) est bidirectionnelle, en ce sens que la structure en mouvement influence l'écoulement et l'écoulement influence le mouvement de la structure. Malgré cet ajout de complexité, les résultats numériques se comparent relativement bien aux résultats expérimentaux, ce qui procure la confiance nécessaire afin de conduire une étude paramétrique numérique de l'aile oscillante passive.

Cette étude paramétrique devrait permettre de mieux comprendre le mécanisme par lequel les oscillations auto-induites sont provoquées et, surtout, dans quelle mesure et de quelle façon il est possible d'influencer ces oscillations afin d'extraire le plus d'énergie possible de l'écoulement.