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Languages: French
Types: Article
Subjects: Gnoptère, Hale, Souplesse, Flottement, Aile battante, Ornithoptère, Modes rigides, Modes souples, Avant-projet, Aéroélasticité, 629.132, Gnopter, Flexibility, Flutter, Flapping wing, Ornithopter, Rigid-body modes, Flexible modes, Aircraft design, Aeroelasticity
Le développement des avions gros porteurs ou des gnoptères hales fait apparaître de nouvelles difficultés liées à la souplesse. Au flottement classique s'ajoutent des problèmes de couplage entre les modèles rigide et souple, qui peuvent être dimensionnants. Ainsi, il devient souhaitable d'intégrer l'étude de la souplesse dès l'étape conceptuelle de l'avant-projet, pour éviter des modifications ultérieures pénalisantes. Cette thèse propose un modèle complet d'avion souple pour l'étude d'un avant-projet d'avion hale. Les équations de la dynamique du vol sont écrites par la méthode énergétique, sans faire d'hypothèse restrictive sur la position du centre de gravité instantané ; la modélisation structurale utilise la méthode des éléments finis ; l'aérodynamique stationnaire est modélisé par la "strip theory" et l'instationnaire par la théorie de Theodorsen. Le modèle, validé à la fois numériquement par Catia-Eifini, et expérimentalement à l'aide d'une maquette d'aile souple mise en soufflerie, montre une précision acceptable pour l'avant-projet. Des études sur des avions peu classiques mettent en évidence le couplage entre modes rigides et modes souples et montrent la nécessité d'un tel modèle. Le coût du flottement en terme d'ajout de masse est évalué, aboutissant à une sorte de critère de flottement. On montrera également que, lors d'une rafale verticale, les avions souples prennent souvent un facteur de charge moins grand que leur équivalent rigide. Enfin, plutôt que de voir la souplesse comme une contrainte, pourquoi ne pas l'utiliser pour la propulsion ? Une étude sur le vol à aile battante démontre la faisabilité d'un ornithoptère sans articulation à l'emplanture. Development of long-range aircraft or hale gnopters makes appear new difficulties due to flexibility. To classical flutter, problems of coupling between rigid and flexible models are added and may be dimensionning. Therefore, flexibility analysis has to be taken into account at the early stage of conceptual aicraft design, so as to avoid penalizing modifications. The present work offers a complete model of flexible aircraft for study of hale aircraft design. The set of dynamic equations is obtained with energetic approach, without any restrictive hypothesis on the position of the instantaneous center of gravity. The structural modelisation uses the finite element method, stationnary aerodynamics is modelised with "strip theory". Unstationnary aerodynamics is written with Theodorsen. This model, validated both numerically and experimentally gives a sufficient precision for conceptual design. The flutter cost in terms of mass adding has been evaluated, leading to a kind of flutter criterium. Studies on exotic aircraft point out the influence of coupling between rigid and flexible modes, and demonstrate the necessity of such a model. The gust response has been examined : flexible aircraft behaviour is often better than the rigid one. Finally, the solution of using wing flexibility for propulsion is explored and we show the feasibility of an ornithopter without articulation at the wing root.
  • No references.
  • No related research data.
  • No similar publications.

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