Numerical and experimental analysis of flapping motion in hover (application to micro air vehicles)

Les phénomènes aérodynamiques autour d'une aile vibrante dans un fluide au repos (vol stationnaire) sont étudiés en vue des applications aux micro-drônes. L'objectif de ce travail est de caractériser la dynamique tourbillonnaire générée par l'aile en mouvement par simulation numérique directe et analyse expérimentale puis de proposer un modèle analytique simplifié de prédiction des efforts en vue, à terme, d'optimiser les paramètres du mouvement conduisant à une force de sustentation maximale. Un grand nombre de cas ont été examinés correspondant à différentes incidences, lois de vitesse en translation et en rotation, axes de rotation et nombres de Reynolds. Le profil d'aile utilisé est symétrique. L'écoulement est incompressible, laminaire pour des nombres de Reynolds compris entre 500 et 2000. Les résultats expérimentaux, obtenus par visualisation par plan laser et technique anémométrique PIV, sont utilisés conjointement avec les résultats de simulation numérique directe pour l'analyse phénoménologique de l'écoulement. Le modèle développé pour les efforts aérodynamiques est une méthode indicielle basée sur l'utilisation d'intégrales de Duhamel ; les résultats obtenus par ce modèle sont comparés à ceux des simulations numériques.The aerodynamics phenomena of flapping motion in hover are considered in view of the future Micro Air Vehicle applications. The aim of this work is to characterize the vortex dynamics generated by the wing in motion using direct numerical simulation and experimental analysis then to propose a simplified analytical model for prediction of the forces in order to optimize the parameters of the motion leading to maximum force. A great number of cases are investigated corresponding to different angles of attack, location of start of change of incidence, location of start of change of velocity, axis of rotation, and Re number. The airfoil used is symmetrical. The flow is assumed to be incompressible and laminar with the Reynolds numbers between 500 and 2000. The experimental results obtained by the laser sheet visualization and the Particle Image Velocimetry (PIV) techniques are used in parallel with the direct numerical simulation results for the phenomenological analysis of the flow. The model developed for the aerodynamic forces is an indicial method based on the use of the Duhamel Integral and the results obtained by this model are compared with the ones of the numerical simulations.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceTurkeyFRT