Soutenance de thèse de Ahmed ELDEMERDASH

Ce travail concerne l’étude, expérimentale et analytique, de l’interaction fluide-structure (FSI) de rotors flexibles fortement déformés. Les rotors, de par leurs nombreuses applications, sont souvent flexibles, par exemple les grandes pales d’éoliennes, les pales élancées d’hélicoptères et les rotors de drones de petite taille. La compréhension de la FSI des rotors flexibles permettrait d’évaluer les différents risques opérationnels qui pourraient survenir en raison de la déformation des pales de rotor. En outre, elle permettrait d’utiliser la propriété de flexibilité pour augmenter la résistance mécanique du rotor et améliorer ses performances. Dans un premier temps, ce travail s’intéresse à l’exploration expérimentale des différents phénomènes de FSI qui pourraient survenir lors du fonctionnement des rotors flexibles. Dans l’étude expérimentale, les rotors sont testés dans un canal d’eau. Les rotors testés sont à petite échelle et sont constitués de pales à géométrie rectangulaire simplifiée. La déformation des pales et le sillage sont mesurés à l’aide de techniques optiques. Cette campagne expérimentale a montré différents comportements de courbure des pales en fonction des paramètres de conception et d’exploitation. De plus, différentes instabilités apparaissent pendant les essais, de la divergence de la pale du rotor aux fluctuations instables de grande amplitude et de basse fréquence. Un autre point d’intérêt de cette étude est la modélisation aéroélastique des fortes déformations d’une pale de rotor flexible. La préoccupation principale dans ce travail est l’étude de l’aéroélasticité statique. Pour la modélisation de la structure de la pale, le modèle de Kirchhoff à tige mince est utilisé, tandis que pour la modélisation du fluide, le modèle de tourbillon hélicoïdal est employé. Enfin, la validation du modèle aéroélastique est effectuée à l’aide des résultats expérimentaux obtenus dans le cadre de cette étude.

This work is concerned with the study, experimental and analytical, of the Fluid-Structure Interaction (FSI) of strongly deforming flexible rotors. Rotors through their wide applications are often flexible, for example large wind turbine blades, slender helicopter blades and small scale drones rotors. Understanding the FSI of flexible rotors would allow the assessment of various operational risks that might arise due to the deformation of rotor blades, furthermore, it would allow the use of the flexibility property to increase the rotor mechanical strength and enhance its performance. Initially, this work is concerned with the experimental exploration of the various FSI phenomena that might arise during flexible rotors operation. In the experimental study, rotors are tested in a water channel. The tested rotors are small scale formed of blades with simplified rectangular geometry. The blade deformation and wake are measured using optical techniques. This experimental campaign showed various blade bending pattern behaviours depending on the design and operation parameters, furthermore, different instabilities arise during testing from divergence of rotor blade to unsteady large amplitude low frequency fluctuations. Another point of interest of this study is the aeroelastic modelling of the strong deformations of a flexible rotor blade. The main concern in this work is the static aeroelasticity study. For the blade structure modelling, the Kirchhoff thin rod model is used while for the fluid modelling, a helical vortex model is employed. Finally, validation is carried out for the aeroelastic model using the experimental results obtained in this study.