Aerodynamic improvement methods for a medium-altitude long-endurance UAV wing

Résumé

Les études aérodynamiques sont essentielles au développement de la technologie aéronautique. Une étude de trois méthodes pour améliorer la performance aérodynamique à l’aide de mesures de rayon d’action et d’endurance est présentée afin de guider les prochains cycles de conception d’un drone tactique de moyenne altitude et longue endurance, l’Hydra Technologies S45 Bàalam. Les résultats présentés sont obtenus à l’aide de simulations de mécanique des fluids numérique et sont ainsi de haute fidélité. Des modèles de substitution basés sur les processus gaussiens sont utilisés pour réduire le nombre de simulations à forte intensité de calcul requis dans les optimisations réalisées. Un algorithme d’optimisation globale efficace bayésien utilisant l’amélioration espérée est utilisé dans les deux séries d’optimisation. Le premier ensemble de résultats établit la performance de base de l’aile et quantifie l’impact d’ailettes recourbées sur les forces aérodynamiques appliquées sur l’aile. Les résultats montrent que l’ailette améliore systématiquement l’aérodynamique de l’aile. La répartition des forces selon l’envergure montre que l’ailette introduit une composante de force dans la direction de la poussée. Cette composante est due à la forme incurvée de l’ailette et du champ d’écoulement, réduisant ainsi la traînée à l’extrémité de l’aile. Le deuxième ensemble de résultats présente une étude d’optimisation sur les paramètres géométriques de l’aile. Trois paramètres de plan : l’allongement, l’effilement et l’angle de flèche, ainsi que l’angle de vrillage sont les variables de conception. Les résultats montrent que les améliorations possibles sont minimes, à moins que l’allongement ne soit augmenté car il n’y a pas de paramètre déterminant pour augmenter la portance sans accroitre significativement la traînée. Le vrillage de l’aile est identifié comme étant un paramètre important pour manipuler l’angle d’attaque auquel se produit la finesse maximale. Le troisième ensemble de résultats se concentre sur les améliorations aérodynamiques réalisables grâce à la déformation active de la surface supérieure flexible de l’aile en vol en utilisant des tiges actionnées. Trois amplitudes de déplacement de la surface déformable sont utilisées pour représenter le processus de défomation sur une plage d’angles d’attaque et de vitesses sur l’enveloppe de vol du drone. Jusqu’à 4 %, une amélioration est obtenue sur le rayon d’action et l’endurance. Les améliorations ne sont pas obtenues à toutes les conditions de vol testées. On observe que la déformation de l’aile a un plus grand impact lorsque le nombre de Reynolds est plus élevé en raison de la position plus avancée de la transition entre le régime laminaire et le régime turbulent pour obtenir de meilleurs coefficients aérodynamiques.

Date	15 déc. 2017
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ruxandra Botez (Directeur(-trice))