En bout d’aile, on a une région de haute pression (dans le cas d’un avion, en bas) et de basse pression (dans le cas d’un avion, en haut) qui sont voisines et non séparées par l’aile. On peut se rendre compte que le même phénomène a bien lieu dans le cas d’éolienne. D’un point de vue purement théorique, c’est équivalent à considérer une aile infiniment longue. 29. Ceci n’est possible que si l’angle de calage varie (pale vrillée) de tel sorte qu’il oriente la corde du Un paramètre de première importance est l’allongement relatif qui est le rapport entre l’envergure et la corde moyenne d’une aile (ou d’une pale). Elle est d’autant plus importante que l’angle entre l’axe du profil, c’est-à-dire la corde, et la vitesse de l’air amont, V, est important, ou dit plus brièvement, plus l’angle d’attaque est important. Revenons à nos moutons en ce qui concerne les deux tourbillons de bout d’aile. En conséquence, l’air va se déplacer de la zone haute pression vers la zone basse pression dans un mouvement de contournement du bout d’aile. Représentation schématique de la variation de l’angle de calage des pales d’une éolienne. endobj Si on décompose la force aérodynamique selon sa composante de portance et de trainée, on en déduit les propriétés suivantes : Pour faire fonctionner une éolienne correctement, on doit pouvoir jouer sur les paramètres aérodynamiques des pales pour contrôler la vitesse de rotation ainsi que la puissance soutirée au vent : Il y a deux grandes manières de faire varier, et donc de contrôler, la force aérodynamique sur le rotor d’une éolienne : changer l’angle d’attaque et diminuer la surface au vent balayée par l’éolienne. La trainée a donc tendance à ralentir l’avion. Courbe de portance en fonction de l’angle d’attaque pour un profil NACA. Moteur arrêté, il existe une valeur de calage pour laquelle la traînée est minimale, l'hélice est dite en drapeau. A priori, on pourrait croire qu’il est assez farfelu d’introduire un tel phénomène dans le cas des éoliennes, mais comme cela sera expliqué, dans ce domaine d’application, le décrochage est parfois mis à profit pour contrôler la vitesse de rotor. Il s’agit de la direction radiale pour une éolienne à axe horizontal. Autres calages Fig. Néanmoins, afin d’être complet et de permettre aux personnes intéressées d’avoir une vue plus pointue ou complète, les bases de l’aérodynamique des éoliennes sont introduites ci-dessous. Cela montre bien que les deux tourbillons capturent le “panache” des moteurs. Cette augmentation provoque une augmentation de la traînée (Coefficient CD) et un décrochage progressif de la pale (figure 1.8). On dit qu’elles sont subsoniques. De manière générale, la corde présente un certain angle avec la vitesse de l’air en amont, V. Cet angle s’appelle l’angle d’attaque (AOA pour “angle of attack”). Il s’agit d’un paramètre géométrique que l’on peut adapter. En outre, ils volent à basse vitesse si bien que la trainée induite est non négligeable. En outre, LM, fabricant de pale inépendant, utilise déja un système analogue, connecté à des fibres optiques, sur les pales de 61,5m qui équipe par exemple la REpower 5M. Des calculs préliminaires, pour quelques angles de calage spécifiques, ont montré que l’écoulement autour de l’éolienne est fortement instationnaire. En effet, la combustion qui a lieu dans un moteur d’avion rejette principalement de l’eau sous forme de vapeur et du CO2. C’est souvent le cas pour les grandes éoliennes dans la mesure où la vitesse du rotor près du moyeu est nettement plus faible qu’en bout de pale. Nous retiendrons uniquement ici la contribution à la trainée. Vous remarquerez que, même si l’avion à quatre moteurs, in fine, il reste toujours deux trainées. Pour contrôler la force appliquée, on peut procéder de deux manières distinctes : Illustration de la variation de la force aérodynamique : diminution par réduction de l’angle de calage (centre) ou par décrochage (droite). L’angle d’incidence est l’angle formé par la pale et la direction apparente du vent. Les avantages d’un tel rotor sont un meilleur ... l’angle de calage α=28°, le coefficient de puissance Cp est maximal et vaut 0,35 pour λo =1,5. La portance L, contribue positivement à la rotation de l’éolienne. Dans le cas d’un avion motorisé. On a introduit la notion de profil d’aile, de corde, d’angle d’incidence ainsi que de trainée et de portance. Ce profil est constitué, d’une part, d’un bord d’attaque et d’un bord de fuite, et d’autre part, d’une corde qui relie ces deux extrémités (voir figures ci-dessous). En plus de la vitesse de rotation, on a toujours la vitesse du vent, V, mesurée loin en amont de l’éolienne. CONTACT PRINCIPAL: Laurent JOBART. La force dCz tend à faire tourner la pale, la force dCz agissant dans le sens opposé. C’est cette force qui permet aux oiseaux ou aux avions de voler. On introduit l’angle d’incidence (alpha), de calage (beta) ainsi que la vitesse relative Va dans la figure de gauche. C’est typiquement la raison pour laquelle les planeurs ont de grandes ailes allongées. Dans la réalité, on sait que les planeurs tirent profit de mouvements d’air plus globaux au niveau de l’atmosphère. Au contraire, cette force axiale soumet l’éolienne par sa poussée à une contrainte mécanique importante. En fait, l’information se déplace sous forme d’ondes de pression qui ont cette vitesse du son. On voit clairement que la vitesse augmente proportionnellement avec la hauteur le long de la pale. On voit clairement dans les figures suivantes qu’ils sont déviés bien avant d’avoir atteint le bord d’attaque. On prend uniquement les deux dimensions (2-D) qui contiennent le phénomène physique dominant. Il en résulte une force globalement orientée vers le haut. Cependant, lorsque l'éolienne atteint sa puissance nominale , une grande différence par rapport aux éoliennes à pas variable est à noter : si la génératrice est sur le point d'être surchargée, l'éolienne pivotera ses pales dans la direction opposée à celle dans laquelle une éolienne à pas variable l'aurait fait. La pale peut tourner sur son axe d'un angle choisi. 2 0 obj %���� 2/ L’angle d’écoulement est une fonction de . Adresse: 25 ter rue des chênes. Coefficient de puissance pour six cycles et différents angles de calage L'intéret de la rotation des pales sur elles-mêmes a été montrée dans la première partie de cette étude. En d’autres termes, on a tenu compte de deux dimensions de l’espace, c’est-à-dire la direction axiale (sens de l’écoulement pour une éolienne à axe horizontal) et tangentielle (plan de rotation). Comme la pression est différente au-dessus et en dessous de l’aile, les forces de pression sur l’aile ne sont pas identiques au-dessus et en dessous. En effet, l’angle d’attaque dépend des conditions de fonctionnement. Comme expliqué précédemment, l’écoulement est déjà influencé par la présence de l’éolienne avant d’arriver au niveau du rotor si bien qu’il est partiellement freiné avant d’atteindre celui-ci. Coefficient de puissance pour trois cycles, angle de calage de 15 degrés, cas b15s 4.2. Lire plutôt: “un système capable de détecter les efforts sur chaque pale d’une éolienne et d’ajuster leur angle de calage” . Le vrillage positif ou négatif, est une variation de l'angle de calage le long de l'aile ou de la pale … Ce comportement n’a lieu que si l’aile a une certaine envergure. L’eau rejetée par les moteurs est capturée par les deux tourbillons de bout d’aile (phénomène dit d’ “enroulement”). A priori, on pourrait croire qu’il est assez farfelu d’introduire un tel phénomène dans le cas des éoliennes, mais comme cela sera expliqué, dans ce domaine d’application, le décrochage est parfois mis à profit pour contrôler la vitesse de rotor. Par conséquent, cela rend ces deux tourbillons visibles (parce que l’eau dans un état visible est capturée par les tourbillons). %PDF-1.5 On analyse donc les phénomènes physiques au moyen de profils 2D d’aile. Ce phénomène de tourbillon est clairement visible au passage d’un avion à réaction dans un ciel bleu. On s’attardera ici sur la première solution basée sur l’angle d’attaque. Plus cet angle est important, plus les filets d’air sont déviés par le profil. Pour commencer, on simplifie le problème. De manière plus rigoureuse, on dira que l’on met son repère sur l’avion et que l’on regarde les vitesses relatives à la vitesse de l’avion, V.  Son aile principale présente un certain angle avec la direction de vol, l’angle d’attaque. On voit que Vr augmente entre le pied et la tête de la pale. C’est l’élément dominant lors du dimensionnement du mât d’une éolienne. C’est la trainée blanche que l’on voit derrière un avion. De ce fait, les résultats présentés La vitesse tangentielle maximale sera obtenue en bout d’aile. Dans la suite, on fait l’hypothèse d’une éolienne à axe horizontal. Pour comprendre le mode de fonctionnement d’une éolienne, il faut introduire quelques concepts d’aérodynamique. patents-wipo patents-wipo Un dispositif de mesure de l'angle de calage de la pale (120) d'hélice est également prévu, ce dispositif étant séparé et distinct du tube (18) de transfert. On voit notamment la diminution de l’angle de calage avec la hauteur pour garder l’angle d’attaque comparable tout le long de la pale. En effet, une aile possède une certaine longueur de corde (direction “x”), une certaine cambrure (direction “y”) ainsi qu’une certaine envergure (direction “z”). En ce qui nous concerne, c’est une des raisons qui permettent d’expliquer pourquoi les éoliennes ont des pales si allongées. La manière la plus efficace de modifier l’angle d’attaque est de jouer sur l’angle de calage. <> Je tiens tout d'abord à remercier la directrice de cette thèse, Dr. Ourici Amel pour m'avoir fait confiance, guidé, encouragé et conseillé, j'espère avoir été à la hauteur. En réalité, tout le monde sait qu’une aile, que ce soit d’avion ou une pale d’éolienne, n’est pas infiniment grande. La trainée, D, contribue négativement à la rotation de l’éolienne. Retournons à notre profil d’aile placé dans une soufflerie. Le lecteur curieux aura peut-être envie d’en savoir un peu plus sur le principe du décrochage. Ici, il s’agit du profil en bout d’aile. Lorsque l’on considère une éolienne, le problème se complexifie un peu. Un élément de réponse simple est donné ci-dessous. Pas simple de convaincre le lecteur de cette assertion, mais cela semblera sans doute plus clair par la suite. La contribution de la trainée induite est non négligeable, surtout à basse vitesse (ce qui est le cas des éoliennes). Il cherche plutôt à démystifier le phénomène. On voit qu’en modifiant cet angle, on modifie l’angle d’attaque et par conséquent la … Le vent relatif W induit une poussée élémentaire dCz ainsi qu'une traînée élémentaire dCx. Elle diminue le rendement de conversion de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique sur le rotor. En d’autres termes, elle induit une force dans le sens de rotation, c’est l’effet utile recherché. La deuxième solution s’obtient en décalant le rotor (“yawing” en anglais) par rapport à la direction du vent (selon un axe vertical pour un décalage gauche-droite, ou selon un axe horizontal pour mettre incliner le rotor vers l’horizontal). Il n’a pas vocation d’être complet ou particulièrement rigoureux. Plus ce rapport est grand et plus la trainée induite est faible. stream L’air se met donc globalement en rotation. C’est aussi pourquoi on dit que ces éoliennes sont basées sur la portance. Lorsque le profil décroche, les angles d’attaques sont trop importants et le fluide ne parvient plus prendre les trajectoires imposées par le profil (fortement incliné). ... l’angle de calage αest déduit. x��=�r�F�wE�?ಱ��( ���A���ݒw"֞�b���&բ�Y�W�o�_�h�aN����@�)�=ᰚ�YUY�������ۏ��c�������x�iz��tx5����կ�����7�����|vx����������GG���irr�b��%���L�>��cI���WE��Tʓ�����e��,^�e� }+ͷW/�~$ÿ$W߽��//�~x�����J���u���ޜ&��>�����:���n9�e��1`�bPyD�/�,O+��VE�J����O�)`*��R�)8"��{� Ӓy�W$�����_u�s*h!�\A�:Or�f%5�������9O��WT�")9OeI}'1�q5dl�ix���Ã2���]��1�;F%R���l�������r�x�\6.�a���]�?��g�L�����G��_�%��� =�iG,�. Pour illustrer l’ensemble de ces considérations, voyons ce que cela donne dans le cas d’un avion. À droite, illustration du concept d’aile en trois dimensions avec une cambrure (direction”y”), une envergure L (direction “z”) et une corde (direction “x”). Cette conclusion nous permettra de rebondir plus loin lors de nos explications sur les éoliennes. Du côté de l’extrados, l’aile a fait accélérer l’écoulement. Dans les développements précédents, on a essentiellement considéré les phénomènes physiques sur base de profils d’aile. Par contre, elle a ralenti l’écoulement côté intrados. La première permet de vaincre la force de gravité due à la masse de l’avion complet tandis que la seconde freine l’avion : Dans la section précédente, on a mis en évidence le phénomène physique qui générait la portance et la trainée d’un profil d’aile. Ce phénomène est appelé décrochage et l’angle à partir duquel il intervient, l’angle de décrochage. Ensuite, les aérodynamiciens intégreront la troisième dimension, c’est-à-dire l’envergure, comme étant une superposition de comportements en deux dimensions (2D) le long de l’envergure. C’est cette variation qui donne un aspect vrillé à la pale. Dans le cas de fonctionnement normal, on doit pouvoir fonctionner à la vitesse de rotation souhaitée ou du moins, prédéfinie. L’outil ROMEG M 20 G permet de mesurer la géométrie du rotor et du mât, le contrôle étant réalisé lorsque l’éolienne est en fonctionnement. En effet, l’eau à l’état de vapeur n’est pas visible. Ceci ne modifie pas le vrillage de la pale car c'est l' ensemble des profils qui voient leur calage modifié de la même valeur.
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