Investigation of novel electroactive morphing concepts for aerodynamic performance increase of an A320 wing through High-Fidelity numerical simulation
Notice bibliographique
Résumé
Cette thèse vise à étudier des concepts bio-inspirés portant sur le morphing d'ailes d’avion du futur pour l’augmentation des performances aérodynamiques dans le contexte de réduction des émissions de CO2. L’étude a été menée dans le cadre du projet de recherche Européen BEALIVE - “Bioinspired Electroactive multiscale Aeronautical Live skin”, http://horizon-europe-bealive.eu/, et dans la continuité du projet de recherche Européen SMS - “Smart Morphing and Sensing for aeronautical configurations”, www.smartwing.org/SMS/EU, tous deux coordonnés par l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT). Ces travaux de recherche s’inscrivent également au sein d’une collaboration entre Ontario Tech University et l'IMFT, et a été partiellement financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada dans le contexte du programme de la Chaire de recherche du Canada en aérodynamique adaptative. Des simulations numériques Haute Fidélité ont été mise en œuvre dans le code de calcul Navier Stokes MultiBlock (NSMB) autour du prototype d’une aile d’Airbus A320 à l’échelle intermédiaire dans le régime subsonique pour un nombre de Reynolds d’un million, et ont été menées en synergie avec des campagnes expérimentales dans la soufflerie S4 de l’IMFT. Une attention particulière a été accordée à la compréhension physique des mécanismes fondamentaux caractéristiques de l'écoulement autour de l'aile et à leurs modifications lorsque le morphing est activé. Les concepts innovants de morphing présentés dans cette thèse ont été explorés par le biais de faibles déformations et vibrations de la région proche du bord de fuite de l'aile pour différents types d'actionnement, conduisant à une surface active moins intrusive pour une manipulation efficace du sillage. Bio-inspiré par les écailles de poissons et les plumes d'oiseaux, ce concept innovant de “live-skin” consiste à créer une interface déformable entre la structure portante de l’aile et la turbulence environnante au moyen d'un très grand nombre de degrés de liberté des actionneurs composant le système de morphing. Les simulations numériques ont été réalisées en utilisant l’approche de modélisation de la turbulence OES - “Organised Eddy Simulation” afin de capturer la dynamique des couches de cisaillement dans le sillage et de révéler le contenu physique de ce dernier en termes de structures cohérentes. Une vaste étude paramétrique a été réalisée dans un premier temps sur la fréquence de vibration du bord de fuite, puis une variation linéaire (vobulation) de cette fréquence a été étudiée pour permettre la détection efficace des paramètres optimaux du morphing. Ensuite, une modulation de l'amplitude d'actionnement a été étudiée sous la forme d'une onde progressive sinusoïdale se déplaçant dans le sens de l'envergure de l’aile pour différentes fréquences de vibration et longueurs d'onde. Des analyses spectrales et par ondelettes ont permis de révéler les différentes fréquences naturelles des structures tourbillonnaires de type Kelvin Helmholtz et von Kármán, ainsi que leurs ondulations naturelles associées à l'instabilité secondaire, qui ont démontrer un rôle essentiel en termes de manipulation efficace du sillage et d'augmentation des performances aérodynamiques. Des vibrations optimales d'amplitude et de fréquence constantes ont permis de réduire la traînée jusqu'à 3,92 %, d'augmenter la portance jusqu'à 3,02 % et d'accroître la finesse aérodynamique jusqu'à 4,87 %. La modulation de l'amplitude le long de l'envergure de l'aile a démontrée une augmentation similaire des performances aérodynamiques, mais également une réduction simultanée des fluctuations des forces aérodynamiques (rms) pouvant aller jusqu'à 50%, se traduisant par une réduction potentiellement importante des sources de bruit poche du bord de fuite.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».