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DADS - Aéroélasticité et dynamique des structures

Aéroélasticité des éoliennes

Les outils et l'expertise acquis par le Département Aéroélasticité et Dynamique des Structures de l'Onera dans le domaine des rotors d'hélicoptères peuvent profiter à l'industrie éolienne. Le code Rotor est un outil Onera/DADS, largement validé dans le domaine hélicoptère, et qui est utilisé avec un certain succès pour les éoliennes. Il comporte de nombreuses options évoluées qui sont directement appliquées dans les études en éolien :

  • calcul de stabilité, de réponse forcée périodique et intégrée dans le temps
  • modèles de décrochage dynamique ou de sillage prescrit
  • couplage avec un optimiseur mathématique

Ce code n'est cependant pas purement orienté éolien et il a nécessité des développements pour simuler correctement la réalité du fonctionnement d'une éolienne (modèles de turbulence, masque de la tour, simulation du contrôle de puissance, modélisation des effets de rotation etc.).

Configuration bi-pale upwind de l'éolienne du NREL, utilisée pour valider différents codes de simulation

 

 

Prévision du comportement global de la machine NREL (couple)

 

Depuis l'année 2000, DADS a renforcé son rôle d'expert auprès de l'Ademe et d’autres organismes publiques. En 2002, l'Ademe a ainsi confié à l'ONERA la coordination du projet Prodema (Projet de Rotor Optimisé D'Eolienne Multimégawatt Avancée) conduit en partenariat avec Jeumont SA, le Cnam IAT et l'USTL/LML. En 2005, un nouveau projet Devamse (DEveloppements et VAlidations Modèles de Simulation de rotor d'Eoliennes) subventionné par l'Ademe a été initié. Dans ce cadre,  la base de données obtenue par le NREL (National Renewable Energy Laboratory) lors des essais dans la soufflerie géante de la Nasa Ames d'un rotor d'éolienne largement instrumentée a été utilisée. Une des configurations (photographie ci-dessus), proposée en 2000 par le NREL pour réaliser une comparaison en aveugle de 19 codes de prédiction différents (30 experts de 18 pays dont 12 en Europe) a ainsi été évaluée avec succès par le code Rotor de l'ONERA/DADS.

De nouvelles études aéroélastiques ont depuis été menées pour analyser les effets de l’introduction d’une certaine souplesse pour des pales de grandes dimensions (> 50 m). Le code Rotor prend bien évidemment en compte la torsion, du fait des applications hélicoptère. L’objectif est d’évaluer les déplacements en bout de pale et la diminution de charges en pied de pale, ce qui permettrait à terme de réduire la masse du rotor.

Modes de battement et torsion calculés pour une pale de grande dimension


Publications

D Rotational Corrections in ONERA Aeroelastic Predictions of NREL Wind Turbine ONERA, AIAA-2007-0213, 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno (USA), 2007

 

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