Design and wind tunnel testing of a new concept of wing morphing camber system

Communier, David (2020). Design and wind tunnel testing of a new concept of wing morphing camber system. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This thesis presents the design and manufacturing of a new morphing wing system realized at the Laboratory of Research in Active Controls, Avionics and AeroServoElasticity (LARCASE). This morphing wing system can morph the camber of the wing by modifying its trailing and leading edges. To allow this modification, slots were made in the ribs of the wing, which made them flexible according to the theory of compliant mechanism. The structural strength of the wing was studied with the Finite Element Analysis (FEA) module of Catia V5 software by considering a pressure distribution on the wing surface. The aerodynamic performance of the morphing system was analyzed with the Computational Fluid Dynamics (CFD) module in Ansys-Fluent. The functionality of the morphing system was verified by static tests in the workshop, then by dynamic tests using the LARCASE Price-Paidoussis subsonic wind tunnel. The results obtained from the wind tunnel tests have show that the morphing wing system made it possible to maintain control of the aircraft while reducing its drag. The morphing system made it possible to keep constant the mass of the wing, and it did not require excessive power consumption. Thus, the design for a wing deformation system presented in this thesis is a good option to allow the manufacturing of morphing wings for the aircraft to improve its aerodynamic performance. This design allowed us to reduce fuel consumption, increase the maximum flight time or increase the payload of the aircraft.

Titre traduit

Conception et tests en soufflerie d’un nouveau concept de système de déformation de la cambrure de l’aile

Résumé traduit

Cette thèse présente la conception et la fabrication d’un nouveau système d’aile déformable réalisé au laboratoire de recherche en commande active, avionique et aéroservoélasticité (LARCASE). Ce système de déformation de l’aile permet de déformer la cambrure de l’aile en modifiant son bord de fuite et son bord d’attaque. Pour permettre cette modification, des fentes ont été réalisées dans les nervures de l’aile, ce qui a permis de les rendre flexibles selon la théorie des mécanismes souples. La résistance structurelle de l’aile a été étudiée avec le module d’analyse par éléments finis (FEA) de Catia V5 en considérant une répartition de pressions sur la surface de l’aile. Les performances aérodynamiques du système de déformation ont été analysées avec le module de calcul de la dynamique des fluides (CFD). La fonctionnalité du système de déformation a été vérifié par des essais statiques en atelier, puis par des essais dynamiques à l’aide de la soufflerie subsonique Price-Païdoussis du LARCASE. Les résultats obtenus à la suite des tests en soufflerie, montrent que le système de déformation de l’aile permet de conserver le contrôle de l’avion en réduisant sa traînée. Le système de déformation permet de conserver la masse de l’aile et il ne demande pas une consommation électrique excessive. Ainsi, la conception d’un système de déformation d’aile présenté dans cette thèse est une bonne option pour permettre de fabriquer des ailes d’avion déformables permettant d’améliorer les performances de l’avion, ce qui nous permet de réduire sa consommation, d’augmenter la durée maximale d’un vol ou d’augmenter la charge utile de l’avion.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 159-166).
Mots-clés libres:	tests en soufflerie, aile déformable, déformation du bord de fuite, déformation du bord d’attaque
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Botez, Ruxandra
Codirecteur:	Codirecteur Wong, Tony
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	01 oct. 2020 20:38
Dernière modification:	01 oct. 2020 20:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2546

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