Optimisation of the kinematics of flapping airfoils for micro air vehicle applications

par Houssam Soueid

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Alessandro Bottaro et de Christophe Airiau.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 en cotutelle avec l'Università degli studi (Gênes, Italie) .


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  • Titre traduit

    Optimisation de la cinématique d'un profil battant pour des applications aux micro-drônes


  • Résumé

    L'optimisation du battement d'un profil d'aile est réalisée par simulations numériques. L'objectif principal est d'identifier les paramètres de battement capables d'assurer à un micro-drone de bonnes performances aérodynamiques en termes de forces de poussée, de portance et de rendement propulsif. Les variables de contrôle sont les amplitudes des oscillations verticales et de tangage, leur déphasage, leur fréquence, et l'angle d'incidence moyen. Une fois déterminées, les cinématiques optimales sont confrontées aux valeurs observées dans la nature. La méthodologie est basée sur la résolution de l'écoulement autour d'un profil NACA0012 battant. Divers fonctionnels coûts sont minimisés en fonction de la mission du véhicule. Leurs gradients par rapport aux paramètres cinématiques sont calcules par la technique des sensibilités et la méthode du pas complexe. Un algorithme de quasi-Newton permet d'actualiser avec les gradients le mouvement du profil vers un optimum de la fonctionnelle. Les résultats montrent la capacité d'un profil optimisé d'aile battante à produire de grandes forces de poussée et de portance avec un rendement propulsif acceptable. Pour ce faire, il faut que les oscillations de tangage précèdent celles de translation verticale par un déphasage de l'ordre de 90º et que le nombre de Strouhal soit dans l'intervalle [0. 2, 0. 4]. Augmenter le nombre de Reynolds a pour effet de réduire les pertes d'énergie liées à la viscosité et d'augmenter le rendement propulsif. Ce rendement a aussi été accru pour les cas de grandes forces de poussée en incluant des harmoniques d'ordre supérieur dans les oscillations verticales.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (179 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 169-179

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008TOU30097
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