Design of an active controller for delaying the transition from laminar flow to turbulent flow over a morphing wing in wind tunnel

Résumé

L’industrie aérospatiale est motivée par la réduction de la consommation de combustible pour les avions de transport à longue croisière, principalement par la réduction de la trainée. L’objectif principal de ce projet est de concevoir un système de contrôle actif pour la géométrie du profil d’aile d’une aile d’avion pour permettre la réduction de la trainée. La réduction de la trainée peut être obtenue par la modification du point de transition entre l’écoulement laminaire et écoulement turbulent, qui doit être positionnée le plus proche possible du bord de fuite du profil de l’aile. La position du point de transition à un rôle très important dans ce projet, et en conséquence ce travail se concentre sur le contrôle de la position du point de transition sur le profil de l’aile, comme effet du contrôle de la déflection de la peau flexible installée sur l’extrados de l’aile. Ce travail présente la modélisation, la réalisation, l’instrumentation et les essais expérimentaux d’une aile avec géométrie variable du profil du début de la conception jusqu’aux essais sur le banc et dans la soufflerie. Plusieurs essais en soufflerie pour plusieurs valeurs de nombre Mach et angles d’incidence ont été réalisés dans le tunnel de 2 m × 3 m appartenant à l’Institut de Recherche Aerospatiale - Conseil National de Recherche du Canada. Une aile rectangulaire avec une envergure finie et un profil d’aile variable due à une peau flexible installée sur l’extrados du profil a été instrumenté avec des capteurs Kulite. Le nombre de Mach a été varié de 0.2 jusqu'au 0.3 et avec l’angle d’incidence de -1o jusqu’au 2o. Les signaux de pression ont été mesurés, analysés et comparés par la valeur moyenne du coefficient de pression et la déviation standard avec les valeurs obtenues par le code CFD XFoil. Les valeurs mesurées ont été analysées par un logiciel maison conçu à l’aide de Matlab/Simulink pour détecter la magnitude du bruit dans la couche limite de l’écoulement et localiser la position du point de transition sur l’extrados de l’aile. Cette analyse a été nécessaire pour détecter les ondes Tollmien-Schlichting, apparaissant suite à la transition entre l’écoulement laminaire et turbulent. La peau flexible changeait sa forme grâce à deux actionneurs pour réaliser la forme du profil optimisé correspondante à chaque condition du l’écoulement de l’air dans soufflerie. Les deux actionneurs en alliages à mémoire de forme, ayant un comportement non-linéaire, ont été contrôlés par un contrôleur avec plusieurs méthodes de contrôle. Cette méthodologie présentée dans ce travail et les résultats obtenus montrent la validité du concept en temps réel dans les conditions expérimentales.

Date	19 févr. 2010
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ruxandra Botez (Directeur(-trice))