Générer de petits tourbillons sur de grandes surfaces portantes
Le fait d'ajuster l'écoulement de l'air pour les pales des hélicoptères peut réduire la traînée, donc la consommation de carburant et les rejets associés. Pour les pales des éoliennes, ceci peut améliorer notablement le rendement de la production d'électricité. Le projet STA-DY-WI-CO (Static and dynamic piezo-driven streamwise vortex generators for active flow control), financé par l'UE, a utilisé des simulations numériques et des expériences de validation pour mettre au point une technique de contrôle actif de l'écoulement, pour ces cas. Les générateurs de tourbillons sont de petits dispositifs placés sur les surfaces portantes pour créer des mouvements tournoyants au niveau de la couche limite (près de la surface) afin d'éviter le décollement de l'écoulement (qui ne peut alors plus suivre la surface). L'équipe s'est intéressée à un dispositif micro-électromécanique d'actionneurs, utilisant une membrane piézoélectrique. Les matériaux piézoélectriques réagissent par un déplacement à l'application d'un signal électrique. Les modèles numériques préliminaires ont facilité la conception de deux actionneurs, puis les générateurs de tourbillons ont été testés en soufflerie. Les résultats des expériences ont confirmé la possibilité de retarder le décollement de l'écoulement. Vu la légèreté et la faible consommation d'énergie des actionneurs piézoélectriques, ils sont très prometteurs pour réduire la traînée et la consommation de carburant. Les chercheurs ont aussi conduit des analyses de l'acoustique et des battements, ces derniers étant un mouvement rapide et irrégulier des pales de l'hélicoptère, qui engendre une instabilité dynamique. Les simulations ont démontré la capacité d'un outil d'analyse acoustique pour suivre la propagation de l'onde sonore en champ proche, et pour repérer les principales causes des bruits. En outre, une analyse sophistiquée des battements, basée sur des calculs de dynamique des fluides, a confirmé qu'un manque de contrôle aboutit à des battements instables des pales, ce qui raccourcit leur durée de vie. Lors d'autres études, les chercheurs ont utilisé un banc de test de machinerie rotative ainsi que des modèles numériques, pour évaluer la dynamique structurelle de systèmes non linéaires. Ils ont ainsi déterminé les caractéristiques d'un amortissement et d'une rigidité non linéaires. Les chercheurs ont intégré tous les modèles des composants dans un système numérique, mis en œuvre sur un puissant superordinateur. Le projet STA-DY-WI-CO a proposé une technique de contrôle actif de l'écoulement, ainsi qu'un programme puissant de simulation multi-physique, à l'intention des concepteurs de la nouvelle génération de pales pour aéronefs et éoliennes. Tout ceci réduira la consommation de carburant, les rejets et le bruit des hélicoptères en vol, et renforcera le rendement de la génération d'électricité éolienne.
Mots‑clés
Écoulement de l'air, générateurs de tourbillons, pales d'éoliennes, pales d'hélicoptère, contrôle actif de l'écoulement, piézoélectrique
