Vortices dynamic in the wake of a flapping foil : Propulsion with biomimetic flapping wings - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2011

Vortices dynamic in the wake of a flapping foil : Propulsion with biomimetic flapping wings

Dynamique tourbillonnaire dans le sillage d'un aileron oscillant : Propulsion par ailes battantes biomimétiques

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Abstract

This thesis deals with the fundamental mecanisms implied in flapping based propulsion systems. We use a simplified model, which consists of a flapping foil, placed in a hydrodynamic tunnel. This set up allows us to establish a framework for the analyse of wakes produced. Particularly, we are interested with the influence of the foil flexibility on these wakes. We define a 2D phase space (frequency and amplitude of the flapping), in which we identify three main flow regimes, associated with three vortices wake type. The PIV technique allows us to precisely analyse and quantify the physical and geometrical parameters of the observed wakes. The mean force is estimated for each regime, using a standard momentum balance. We localise then the drag-propulsion transition in our phase space. We show that the propulsive performance of flexible foils is superior to that of the rigid foil, and we suggest some explanations to explain this result.
Cette thèse expérimentale s'intéresse aux mécanismes fondamentaux de la propulsion par ailes battantes. Nous utilisons un modèle simplifié, constitué d'un aileron oscillant placé dans un tunnel hydrodynamique, qui nous permet d'établir un cadre d'études pour l'analyse des sillages produits. En particulier, nous étudions l'influence de la flexibilité de l'aileron sur ces sillages. Nous définissons un espace de paramètres à deux dimensions (fréquence et amplitude du battement), dans lequel nous identifions trois principaux régimes d'écoulements, associés à trois types de sillages tourbillonnaires. La technique de PIV nous permet d'analyser et quantifier précisément les paramètres physiques et géométriques des sillages observés. La force moyenne subie par l'aileron est estimée dans chacun des régimes, à partir d'un bilan standard de quantité de mouvement. Nous localisons ainsi la transition traînée-propulsion dans notre espace de phase. Nous montrons la performance propulsive supérieure des ailerons flexibles par rapport à un aileron rigide, et proposons quelques éléments d'explication à ce résultat.
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Dates and versions

pastel-00584901 , version 1 (11-04-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00584901 , version 1

Cite

Catherine Marais. Dynamique tourbillonnaire dans le sillage d'un aileron oscillant : Propulsion par ailes battantes biomimétiques. Mécanique des structures [physics.class-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00584901⟩
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