Maîtrise du vrillage de profils aérodynamiques par contrôle

par Jean-Baptiste Runge

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Roger Ohayon et de Daniel Osmont.

Soutenue le 09-12-2010

à Paris, CNAM , dans le cadre de Ecole doctorale Arts et Métiers (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de mécanique des structures et des systèmes couplés (Paris) (équipe de recherche) , Office national d'études et de recherches aérospatiales (France) (équipe de recherche) , Conservatoire National des Arts et Métiers (laboratoire) et de Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (laboratoire) .

Le président du jury était Roger Ohayon.

Le jury était composé de Roger Ohayon, Daniel Osmont, Manuel Collet, Mohamed Ichchou, Jean-Paul Grellier, Gérard Saussereau.

Les rapporteurs étaient Manuel Collet, Mohamed Ichchou.


  • Résumé

    La déformation de torsion que subit un profil aérodynamique a une importance capitale car elle a une influence directe sur la valeur des incidences locales et donc sur la valeur locale des densités de portance et de traînée. L'amélioration des performances aérodynamiques passe donc par la connaissance et la maîtrise de ce vrillage. Cette thèse se propose d'y contribuer. Une des méthodes développées actuellement par de nombreux auteurs consiste à munir le profil d'actionneurs permettant de le déformer en torsion de manière à compenser tout ou partie, voire même contrer, la déformation « naturelle » de la structure. Cette méthode, dite de contrôle actif, est certes très efficace, mais elle présente des limitations car elle nécessite l'introduction d'une quantité d'énergie qui peut être importante. La méthode que nous proposons ici pour maîtriser le vrillage du profil consiste à modifier ses conditions d'équilibre interne. En solidarisant ou en désolidarisant des cloisons à l'intérieur du profil, il est possible de déplacer le centre de torsion des sections du profil sans modifier sa forme extérieure. Ces modifications internes induisent donc une modulation du moment de torsion et donc une modulation du vrillage. Ce processus ne demande que très peu d'énergie. A partir d'un profil simple, des simulations ont permis de montrer le potentiel théorique du système proposé. Trois démonstrateurs, de complexité croissante, ont également été réalisés pour évaluer les capacités du contrôle « réactif » de la torsion. La technique a été validée par la deuxième démonstration. Malheureusement, le troisième démonstrateur, beaucoup plus complexe, n'a pas permis, à l’heure actuelle, d'obtenir la validation finale.

  • Titre traduit

    Twist mastering of aerodynamic profiles by a control


  • Résumé

    The torsional deformation of aerodynamic profiles has to be considered with care because it induces a change in the angle of attack and therefore changes in the local densities of lift and drag forces. The improvement of the aerodynamic performances does require a good knowledge and control of the twist of the airfoil. A method currently developed by a lot of authors consists in inserting in the airfoil some actuators whose action tends to increase or reduce the ‘natural’ deformation of the structure. This method, named active control, is very effective but it has some limitations because it needs a level of energy which can be high. The method we propose to control the twist of the airfoil consists in modifying the internal elastic equilibrium of the structure. By joining or disjoining some walls inside the profile, it is possible to shift the shear center of the profile without any change of its external shape. So, these internal modifications induce variations of the torsional moment and therefore a variation of the twist angle. The process is no energy consuming. By means of a simple profile, simulations have been performed to show the theoretical potential of the proposed system. Three demonstrators have also been designed with increasing complexity to evaluate the feasibility of the ‘reactive’ control of the twist. The technique has been validated by the second demonstrator. Unfortunately, the third demonstrator, much more complex, has not shown the final demonstration.


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