Morphisme électroactif hybride à échelle réelle - application à une voilure de type Airbus A320

Hybrid electroactive morphing at real scale - application to Airbus A320 wings

• Auteur / Autrice : Gurvan Jodin
• Direction : Jean-François Rouchon, Marianna Braza
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Électrique
• Date : Soutenance le 25/10/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie (Toulouse ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Petit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Rouchon, Marianna Braza, Lionel Petit, Michael Triantafyllou, Jean-Michel Saucray, Frank Thiele
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Petit, Julian C. R. Hunt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence atmosphérique

Essais en soufflerie aérodynamique

Aéronautique

Mécatronique

Mots clés libres

Mécatronique

Morphisme de structure

Matériaux électroactifs

Aéronautique

Soufflerie

Turbulence

Mechatronics

Structure morphing

Electroactive materials

Aeronautics

True scale

Turbulence

Résumé

Le Morphisme Electroactif est un axe multidisciplinaire, associant l’aérodynamique, les matériaux innovants et la mécatronique. Ce concept consiste en l’amélioration des performances aérodynamiques par l’utilisation d’actionneurs déformant la surface portante d’un aéronef en temps réel. Soutenue par Airbus, la modélisation, conception et réalisation d’un démonstrateur petite échelle est une première étape. Basée sur un profil d’aile A320, il est équipé d’actionnements pour le morphisme électroactif hybride : de grandes déformations à faibles vitesses par des Alliages à Mémoire de Forme sont associés à l’intégration au bord de fuite d’actionneurs piézoélectriques permettant de hautes fréquences d’actionnement à amplitude moindre. Une seconde étape de la thèse est dédiés aux essais en soufflerie. La mesure de forces et la vélocimétrie d’images de particules permettent de comprendre la physique de l’écoulement et de la turbulence. L’étude de ce couplage fluide-structure-actionneurs présente les effets du morphisme par actionnement indépendant ; puis le couplage non linéaire de l’actionnement hybride. La troisième étape consiste au passage vers une échelle réaliste des actionneurs, par la conception d’un volet « électro-morphé ». Une approche de dimensionnement par optimisation est proposée. Basé sur des technologies nouvelles d’actionnement, un prototype d’un tel macroactionneur est alors conçu pour être testé.

Electroactive Morphing is a multidisciplinary axis, combining aerodynamics, innovative materials and mechatronics. This concept consists in improving the aerodynamic performance by the use of actuators deforming the airfoil of an aircraft in real time. Supported by Airbus, the modeling, design and implementation of a small scale demonstrator is a first step. Based on an A320 wing profile, it is equipped with actuators for hybrid electroactive morphing: large deformations at low speeds by Shape Memory Alloys are associated with the integration at the trailing edge of piezoelectric actuators allowing high operating frequencies at lower amplitude. A second step of the thesis is dedicated to wind tunnel tests. The measurement of forces and the Particle Image Velocimetries allow for the understanding of the flow and turbulence physics. The study of this fluid-structure-actuator coupling presents the effects of the morphism by independent actuation; then the nonlinear coupling of the hybrid actuation. The third step is the transition to a realistic scale of actuators, by designing an "electro-morphed" macro-actuator. An optimization sizing approach is proposed. Based on new actuation technologies, a prototype of such a macro-actuator is then designed to be tested.