Caractérisation du fonctionnement aérodynamique du e-Penon, capteur de décollement pour les pales d'éoliennes

par Antoine Soulier

Thèse de doctorat en Mécanique des Milieux Fluides

Sous la direction de Caroline Braud.

Le président du jury était Thomas Corpetti.

Le jury était composé de Caroline Braud, Thomas Corpetti, Christian Masson, Jeroen Van Beeck, Sandrine Aubrun-Sanches, Frédéric Danbon, Annie Leroy, Dimitri Voisin.

Les rapporteurs étaient Christian Masson, Jeroen Van Beeck.


  • Résumé

    La complexité de l’écoulement amont sur les éoliennes peut être la cause de décollement et/ou de décrochage sur les pales d’éoliennes. Ces phénomènes sont à l’origine de variations des efforts aérodynamiques et provoquent ainsi un vieillissement accéléré des pales. Aujourd’hui il n’existe pas de capteur capable de détecter localement le décollement sur les pales d’éoliennes, utilisable sur les éoliennes en production. Le e-Penon a été développé pour pallier ce manque. L’objectif de cette thèse a été de caractériser l’impact de la présence du e-Penon sur l’aérodynamique de la pale et d’évaluer la performance du e-Penon, dans sa capacité à détecter l’apparition du décollement/décrochage et du réattachement de l’écoulement. Pour cela des mesures ont été réalisées dans deux souffleries. La soufflerie NSA du CSTB avec un profil 2D de pale de taille réaliste et un e-Penon à échelle 1 a été le siège d’essais avec des angles d’incidences fixes. La soufflerie aérodynamique du LHEEA, a été utilisée avec le même profil et un e-Penon, tous deux à échelle réduite avec des oscillations dynamiques de l’angle d’attaque. Il a été montré que seules les fluctuations locales des pressions pariétales et la signature spectrale du sillage proche du profil ont été modifiées par la présence du e-Penon, alors que les efforts aérodynamiques moyens globaux ne le sont pas significativement. En ce qui concerne la performance du e-Penon, il a été montré, avec les essais à l’échelle 1 qu’un e-Penon assez long et suffisamment souple est capable de détecter le décollement au bord de fuite et le décrochage, lorsque ce capteur est placé au bord de fuite. Enfin, la capacité de la languette d’un capteur e-Penon à detecter les instants de décrochage et de réattachement de l’écoulement a été démontrée pour le cas d’un profil à l’échelle réduite avec un angle d’incidence oscillant.

  • Titre traduit

    Aerodynamic functioning characterization of the e-Penon, a flow separation sensor for wind turbine blades


  • Résumé

    Wind turbine inflow complexity can cause flow separation and stall on wind turbine blades. These phenomena are responsible of aerodynamic load fluctuations and thus a faster aging of the blades. Today there is no sensor able to detect locally the flow separation on blades of productive wind turbines. The e-Penon was developped to fill this lack. The aim of this thesis PHD was to characterise the impact of the presence of the e-Penon on blade aerodynamics and to assess the performance of the sensor about its capacity to measure flow separation, stall and reattachment. For this work, wind tunnel measurements were performed in two different wind tunnels. The NSA wind tunnel at CSTB with a 2D blade profile and a full scale e-Penon was used to perform measurments with static angles of attack. The aerodynamic wind tunnel of the LHEEA was used with the same 2D profile and a e-Penon, both at reduced scale, with angle of attack oscillations. It was shown that the presence of the e-Penon only impacts the wall pressure fluctuations around the sensor and the near wake spectral signature, while the global and mean aerodynamic forces are not significantly modified. It was also shown that an adequate flexibility and length of the e-Penon strip makes it able to detect both the flow separation at the trailing edge and the stall when positioned near the trailing edge. It was finally demonstrated that the strip of a downscaled e-Penon is able to detect stall, flow separation and reattachment instants when placed at the trailing edge of an oscillating airfoil at a reduced scale.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 28-04-2030

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