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Soutenance de Thèse : Gurvan JODIN

par Agnès Gaunie Picart - publié le

Morphing électroactif hybride à échelle réelle, application à une voilure de type Airbus A320
Mercredi 25 octobre 2017 à 14h30 , Salle des thèses C002, Site ENSEEIHT

Composition du Jury :
M. Jean-françois ROUCHON, INPT Institut National Polytechnique de Toulouse, Directeur de thèse
Mme Marianna BRAZA, IMFT, CoDirecteur de thèse
M. Julian HUNT, University College London, Rapporteur
M. Lionel PETIT, INSA Lyon , Rapporteur
M. Michael TRIANTAFYLLOU, Massachusetts Institute of Technology, Examinateur
M. Jean-Michel SAUCRAY, Airbus S.A.S. – CTO - ETCT Emerging Technology & Concepts, Examinateur
M. Frank THIELE, Technical University of Berlin, Examinateur

Résumé :
Le travail proposé s’inscrit dans la continuité des études menées par le laboratoire LAPLACE dans le domaine du morphing électroactif soutenues notamment par le RTRA, Réseau Thématique de Recherches Avancées de la fondation STAE, dans le cadre du chantier SMARTWING, puis DYNAMORPH. La thématique de recherche du Morphing Electroactif est un axe multidisciplinaire, associant des compétences qui se situent à la pointe de l’état de l’art dans les domaines de l’aérodynamique, de l’aéroélasticité, des matériaux innovants et de la commande des systèmes embarqués. Le concept du Morphing consiste en l’utilisation d’actuateurs intelligents distribués sous la ‘peau’ de la surface portante d’un aéronef, afin d’optimiser sa forme en vol, en temps réel. Ce concept, apparu récemment en tant que thématique de recherche prioritaire en aérodynamique au sein du 7è Programme Cadre de la Commission Européenne, vise l’amélioration des performances des aéronefs par optimisation de forme en régime dynamique. Soutenue par Airbus, cette thèse repose sur une première étape consistant en la conception et réalisation d’un démonstrateur petite échelle. Ce démonstrateur est une aile d’avion basée sur un profil d’aile A320, équipé d’actionnements pour le morphisme électroactif hybride. Le principe de l’hybridation des actionnements repose sur de grandes déformations à faibles vitesses de déformation par des Alliages à Mémoire de Forme, ainsi que l’intégration au bord de fuite d’actionneurs piézoélectriques permettant de hautes fréquences d’actionnement à amplitude moindre. En outre, les propriétés de réversibilité de ces matériaux autorisent des fonctionnalités étendues de type capteur-actuateur permettant, la récupération de l’énergie vibratoire environnante pour la restituer à l’actionnement, et assurer ainsi de faibles coûts de morphing. Ce travail nécessite le développement de modèles de conception et une caractérisation électrodynamique in situ en soufflerie est nécessaire pour valider le concept. L’hybridation des actionnements a pour but l’amélioration des performances aérodynamiques, constituant une seconde étape de la thèse. L’instrumentation de la soufflerie en vue d’expériences est réalisée. Des mesures de portances, de pressions et des visualisations des champs de vitesse par vélocimétrie d’images de particules permettent de comprendre la physique de l’écoulement et de la turbulence. Une attention particulière est portée sur les effets du morphisme par actionnement indépendant des actionneurs ; puis l’étude du couplage non linéaire de l’actionnement hybride est menée. Des analyses statistiques mettent en évidence et quantifient à petite échelle comme à grande échelle les effets de ce couplage fluide-structure-actionneurs. La troisième étape de la thèse consiste au passage vers une échelle réaliste des actionneurs. L’application cible est un volet « électro-morphé » grâce à des structures actives hybrides permettant de contrôler localement l’écoulement. Cette voilure est intégrée dans une forme d’aile réaliste. Les différentes fonctions et technologies répondants aux spécifications du morphisme sont évaluées. Une approche de dimensionnement par optimisation est proposée. Basé sur des topologies nouvelles d’actionnement, un prototype d’un tel macro-actionneur est alors conçu pour être testé.