Etude et contrôle du décrochage d'une voile-aile rigide multi-éléments

Study and control of the stall of a multi-element wingsail

• Auteur / Autrice : Alessandro Fiumara
• Direction : Nicolas Gourdain, Vincent Chapin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides
• Date : Soutenance le 12/10/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Énergétique et dynamique des fluides (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département aérodynamique, énergétique et propulsion
• Jury : Président / Présidente : Henda Djeridi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joaquim R. R. A. Martins, Julien Senter, Ignazio Maria Viola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henda Djeridi, Stephen R. Turnock

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vol libre

Aérodynamique

Mots clés libres

Voile

Aile bi-Élément

Aérodynamique

Décrochage

Fente

Flap

Rans

Les

Rafale

Optimisation

Wingsail

Two-Element

Aerodynamic

Slotted-Flap

Stall

Urans

Les

Gust

Optimization

Résumé

L’aile rigide navale est le moyen de propulsion qui se substitue à la grande voile souple sur les catamarans de classe Coupe de l’América et Class-C. Ce gréement est similaire à une aile aéronautique, composée de deux éléments, avec le volet séparé de l’élément principal par une fente. Comparée à une voile souple, l’aile rigide permet d’améliorer les performances du bateau en naviguant à des vitesses plus grandes que celle du vent. Cependant, le décrochage brutal qui caractérise l’aile et sa sensibilité à l’instationnarité du vent rendent difficile la correcte maîtrise de l’aile pendant la navigation. La modification des forces aérodynamiques qui agissent sur l’aile, dû à l’action d’une rafale ou au dépassement de la limite du décrochage, peuvent compromettre la stabilité du catamaran avec un possible risque de chavirage. L’aile doit donc être dessinée et réglée correctement pour éviter cette possibilité de chavirage, mais il est nécessaire de connaître l’enveloppe aérodynamique.

Wingsail is a propulsion system substituting the conventional main soft sail on the America’s Cup and C-class catamarans. This rig is similar to a slotted-flap aeronautical wing, made by two elements divided by a slot. With respect to soft sails, the wingsail improves the performance of the yachts allowing navigating faster than the wind in both the upwind and downwind points of sail. However, the abrupt stall characteristics of the wing and its sensitiveness to the wind unsteadiness make difficult its management during the navigation. The modification of the strength of the aerodynamic forces acting on the wingsail, due to a gust or to the achievement of the stall limit, can compromise the stability of the catamaran. Thus, the wingsail has to be designed and trimmed to avoid the possibility of a capsize but, to do this, the aerodynamic envelop of the wingsail must be known. The aim of the Ph.D. project is, hence, to characterize the flow around the wingsail investigating the influence of the geometric and trim parameters on the wing performance.