Étude, modélisation et contrôle du comportement hydroélastique de surfaces portantes
Sous certaines conditions de fonctionnement (nombre de Reynolds, incidence), les surfaces portantes de type hydrofoil peuvent produire un sifflement tonal associé à des vibrations d'amplitudes significatives. Ce phénomène est problématique en hydrodynamique navale dans la mesure où cela augmente les risques de rupture par fatigue, impacte les performances et produit un rayonnement acoustique souvent contraignant pour les marins ou l'écosystème sous-marin.
Dans ce contexte, les objectifs sont, d'une part, de préciser les mécanismes physiques mis en œuvre et, d'autre part, de valider des modèles fluide-structure permettant d'identifier numériquement des stratégies de contrôle vibratoire avant validation en tunnel hydrodynamique.
La caractérisation des mécanismes fait l'objet de la thèse de Paul François (co-encadrement IRENav/École Navale et LMSSC/Cnam). Ce travail, mené sur une maquette d'hydrofoil dans le tunnel hydrodynamique de l'IRENav a permis de préciser les conditions produisant un couplage fort entre des instationnarités fluidiques localisées dans la couche limite en régime de transition et un mode structurel de bord de fuite.
L'identification d'un modèle fluide-structure capable de reproduire les comportements vibratoires observés a été effectuée pour une configuration générique de plaque mince de section rectangulaire. Ce travail a notamment permis de valider un modèle phénoménologique inspiré du modèle de Facchinetti, de Langre et Biolley, pour reproduire les mécanismes d'accrochage non linéaire entre le premier mode de torsion de la plaque et des mécanismes d'excitation fluidique.
Une extension de ce modèle au cas d'un hydrofoil de section profilé est en cours (projet ANR ASTRID HYDRAVIB). Ces études viennent compléter les analyses expérimentales menées durant la thèse de Yann Watine (co-encadrement IRENav/École Navale et LMSSC/Cnam) qui s'intéresse à la caractérisation du sillage et de la réponse vibratoire d'hydrofoils soumis à des lâchers tourbillonnaires. L'objectif est ensuite de réussir à réduire les vibrations induites pas le couplage fluide-structure, en particulier en situation d'accrochage fréquentiel (lock-in). La stratégie mise en œuvre consiste à intégrer des patchs piézoélectriques au sein des profils et à y connecter un résonateur électrique réglé sur la fréquence du mode à contrôler.
Partenariats académiques et industriels :
- IRENav/École Navale : C. Gabillet, J.-A. Astolfi
- LISPEN/ENSAM Lille : O. Thomas
- L2EP/ENSAM Lille : C. Giraud-Audine