L'analyse de l'interaction fluide structure lors du mouvement vibratoire d'une aile battante

Abstract

Les scientifiques en biologie et en ingénierie ont toujours été captivés par le vol des insectes et des oiseaux. Les récents progrès réalisés dans les technologies aéronautiques et les capacités de calcul ont incité les scientifiques à développer des oiseaux et insectes artificiels imitant le vol naturel de ceux-ci, appelés micro-véhicules aériens (MAV) et nano-véhicules aériens (NAV). Cependant, seuls quelques prototypes ont volé avec succès .Une partie de la raison est que l’aérodynamique du vol des petits oiseaux et des insectes n’est pas encore pleinement comprise. Les premières théories sur l'état quasi-permanent ont révélé que la force de portance produite par les insectes et les oiseaux était insuffisante pour soutenir leur poids, ce qui suscitait un vif intérêt pour l'identification des mécanismes utilisés par ces derniers pour améliorer la génération de portance. Le but de cette thèse est d'avoir un meilleur aperçu des effets de plusieurs paramètres qui n'avaient jamais été pris en compte auparavant sur l'aérodynamique des ailes battantes. Dans la première partie, nous étudions les effets du sol sur une seule aile elliptique sous deux modes de vol stationnaire à savoir «normal» qui a été inspiré par le vol des colibris et le mode «water treading». Les libellules possèdent des compétences de vol exceptionnelles. Une partie de la raison est qu'ils ont deux ensembles d'ailes. Pour cette raison, dans la deuxième partie, nous étudions les effets de la durée de battement, l'espacement des ailes, la différence de phase sur l'aérodynamique des ailes en tandem. Enfin, les effets de la position initiale de l'aile antérieure et de l'asymétrie de la fréquence de battement sur les performances aérodynamiques des ailes en tandem sont étudiés. L’analyse porte sur la structure de l'écoulement, la distribution de pression, la production et l'efficacité de portance pour le cas de l’aile seule. En ce qui concerne la configuration en tandem, la production et l'efficacité de poussée sont ajoutés à l'analyse. La méthode de volumes finis a été utilisée pour simuler le champ d'écoulement dans les deux cas à l'aide du logiciel commercial Ansys Fluent. Dans la première partie, il a été constaté que, bien que le mode de vol stationnaire «normal» est utilisé par de nombreux insectes, le mode «water treading» générait plus de force de portance et possédait une efficacité de portance plus élevée. Quant à la deuxième partie de cette étude, les résultats indiquent que les VI effets de l'asymétrie dans la durée des battements sont significativement plus élevés que les effets de l'espacement des ailes et la différence de phase. Enfin, les effets de la position initiale et de l'asymétrie de la fréquence de battement sont examinés. Les coefficients de portance et de poussée moyens ont révélé que l'aile seule surpassait la configuration en tandem qui bat en contre-course. Cependant, les rendements de portance et de poussée étaient plus élevés en configuration tandem. Les résultats ont en outre montré dans la deuxième partie que lorsque l’aile antérieure volets avec une fréquence plus élevée, la production et l'efficacité de l'ascenseur étaient considérablement améliorées.