Etude du vol d'un générateur cerf-volant

Study of the flight dynamics of a kite

• Auteur / Autrice : Rogelio Lozano
• Direction : Mazen Alamir, Ahmad Hably
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et productique
• Date : Soutenance le 30/04/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Boyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mazen Alamir, Ahmad Hably, Jonathan Dumon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Luc Jaulin, Simon Lacroix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Aérodynamique

Cerf-volant (jeu)

Énergie

Mots clés libres

Énergie

Cerf-volants

Mécanique du vol

Automatique

Energy

Kite

Dynamics of flight

Control

Résumé

La thèse porte sur l'étude de générateurs utilisant un cerf-volant pour capter l'énergie éolienne. Ces systèmes permettent de générer de l'énergie éolienne sans avoir besoin de construire les pylônes et les fondations étant nécessaires pour construire une éoliennes classiques.Ces systèmes on commencé à être étudiés il y a une dizaine d'années, une vingtaine d'entreprises et à peu près autant d'universités étudient le problème. Il existe plusieurs types de générateurs étudiés mais jusqu'ici, aucun système n'a démontré que son concept est économiquement viable.La grande variété de systèmes étant étudiés fait penser aux débuts de l'aviation, ou toutes sortes de concepts ont été testés. Il a fallu environ 50 ans de développements de prototypes entre 1870 et 1910 pour que le principe de fonctionnement des avions se standardise autour de celui qui est est encore utilisé aujourd'hui. Pendant cette période, un grand nombre de concepts ont été testés et beaucoup d'erreurs ont étés faites au niveau de la conception du modèle, des techniques expérimentales utilisées et du management des projet.Les systèmes étudiés de génération d'énergie utilisant des cerf-volants tentent répondre à un même cahier des charges d'une vingtaine de façons différentes. Ceci fait penser que le concept de génération d'énergie n'a pas trouvé un principe de fonctionnement optimal et qu'il n'en est qu'à une phase de prospection de concepts.En cela, le récent essor des générateurs cerf-volants ressemble beaucoup au débuts de l'aviation. Nous avons donc cherché à comprendre les erreurs ayant été faites lors des débuts de l'aviation pour essayer de mieux comprendre les erreurs qui pourraient être faites avec les systèmes de générateurs cerf-volants.Cette étude a permis de fixer quelques règles de travail qui ont servi pour développer les prototypes mis au point pendant de thèse.Une soufflerie à été construite pour tester dans des environnements restreints plusieurs modèles de cerf-volants. Plusieurs objectifs ont été atteints pendant la thèse, entre autres le contrôle de la puissance générée par un cerf-volant volant en présence de rafales de vent et l'étude d'un plan de vol permettant au cerf-volant de rester en vol sans vent et sans utiliser d'énergie embarquée.Au total, 13 prototypes ont été mis au point pendant cette thèse, un brevet est en cours de dépôt et une entreprise utilisant les résultats de la thèse est en train d'être créée.

The PhD focuses on the study of electric generators using a kite to capture wind energy. These systems generate wind energy without having to build the towers and foundations are needed to build conventional wind turbines.These systems started being studied around ten years ago, twenty companies and nearly as many universities are studying the problem. There are several types of generators studied, but so far, none has demonstrated that the concept is economically viable.The variety of systems being studied is reminiscent of early aviation, because many kinds of different concepts were tested. It took about 50 years of development of prototypes between 1870 and 1910 for the principle of operation of aircraft got standardized around one that is still used today. During this period, a large number of concepts have been tested and many mistakes have made ​​on the model design, the experimental techniques and on the management of the project.The nowadays studied kite power systems tries to answer to the same specifications by around twenty different ways. This suggests that the concept of power generation has not yet found an optimal principle of functioning and that it is only at a phase of concepts exploration.The recent surge of kite power systems reminds of the early days of aviation. We sought to understand the mistakes that were made ​​during the early days of aviation to try to understand the mistakes that could be made with modern kite power systems.This study has set some guidelines that were used for developing the prototypes built during thesis .A wind tunnel was built for testing in simplified environments several models of kites. Several objectives were achieved during the thesis, including the control of the power generated by a kite flying in the presence of wind gusts and the study of a flight plan allowing the kite to stay in flight without wind and without the use of embedded energy.A total of 13 prototypes were developed during this thesis, a patent is being filed and a company using the results of the thesis is being created.