Validation of morphine wing methodologies on an unmanned aerial system and a wind tunnel technology demonstrator

Résumé

Dans le but d’augmenter l'efficacité aérodynamique des avions, afin de réduire la consommation de carburant, un nouveau concept d'aile déformable a été développé. Le système remplace une partie des surfaces supérieures et inférieures de l'aile avec une peau flexible dont sa forme peut être modifiée en utilisant un système d'actionnement placé à l'intérieur de la structure de l'aile. Des études numériques en deux et trois dimensions ont été effectuées afin de déterminer les gains du système de déformation pour un système autonome de vol, et pour un modèle déformable basé sur le bout de l’aile d’un avion de transport. Dans le but d’obtenir les formes optimales de la peau de l'aile en fonction des conditions de vol, différents algorithmes d'optimisation globale ont été mises en oeuvre, telles que l'Algorithme Génétique et la Algorithme de la Colonie des Abeilles Artificielles. Pour réduire les temps de calcul, une méthode hybride a été créée en couplant l'algorithme basé sur la population avec une méthode de recherche locale basée sur l’évaluation du gradient. Les validations des résultats obtenus numériquement ont été effectuées avec des outils commerciaux d’optimisation et ont démontré l'efficacité des méthodes proposées. Pour déterminer avec précision les caractéristiques aérodynamiques de l'aile déformable, deux nouvelles méthodes ont été élaborées, une méthode non-linéaire de ligne portante et une méthode non-linéaire de réseaux des tourbillons. Les deux utilisent l'analyse des sections dans l'envergure de l’aile pour tenir compte des modifications de formes aérodynamiques induites par la peau flexible, et peuvent fournir des résultats précis pour le coefficient de traînée de l'aile. Ces méthodes ne nécessitent pas la génération d'un maillage complexe autour de l'aile et sont adaptées pour leur couplage avec des algorithmes d'optimisation en raison du temps de calcul qui est beaucoup plus petit que le temps de calculs des méthodes traditionnelles de la dynamique computationnelle des fluides. Des optimisations en deux et en trois dimensions de l'aile du système autonome de vol équipé avec la peau déformable ont été réalisées, avec l'objectif d'améliorer ses performances aérodynamiques pour une gamme large de ses conditions de vol. Les positions dans le sens de la corde des actionneurs internes, le nombre de stations d'actionnement dans le sens de l'envergure ainsi que les limites de déplacement de ces actionneurs ont été établies. Les améliorations de performances obtenues et les limites du concept de l'aile de déformable ont été étudiées. Pour vérifier les résultats de l'optimisation, de simulations de haute-fidélité en utilisant des logiciels connus en dynamique computationnelle des fluides ont également été réalisées, donnant des indications très précises sur les gains obtenus. Pour le modèle déformable basé sur le bout de l'aile d'un avion de transport, les formes de la peau ont été optimisées afin de contrôler l'écoulement laminaire sur sa surface supérieure. Une procédure automatisée de génération de maillage structuré a été développé et mise en oeuvre. Pour déterminer avec précision la forme de la peau, une procédure de scanning de précision a été faite et ses résultats ont été inclus dans le modèle numérique. Des simulations haute-fidélité ont été effectuées afin de déterminer la région de transition sur la surface supérieure et ensuite les résultats numériques ont été validés en utilisant des données expérimentales obtenues en soufflerie.

Date	18 déc. 2015
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ruxandra Botez (Directeur(-trice))