Le travail de recherche présenté dans ce mémoire vise à étudier l'impact de la flexibilité de la corde sur l'aérodynamique d'ailes oscillantes en régime de propulsion à bas Reynolds pour une application de nano-véhicules aériens et pour ce faire, de développer un outil de modélisation aéroélastique approprié.

L'idée de base de ce projet est de considérer une flexibilité discrète avec une aile articulée composée de segments rigides reliés entre eux par des joints torsionnels élastiques. Une telle approche de flexibilité discrète implique la résolution de la dynamique des corps rigides couplée à la résolution d'un écoulement de fluide incompressible. La méthode des particules lagrangiennes vortex est utilisée pour résoudre l'écoulement autour de ces multiples corps rigides en mouvement arbitraire. Le couplage fluide-structure implémenté permet de prendre en considération iV segments rigides dont la dynamique est gouvernée à la fois par un mouvement imposé sur l'un d'eux, par les forces aérodynamiques générées par l'écoulement à chaque instant et par les forces élastiques des joints unissant les segments entre eux. L'ajout d'une boucle de sous-itérations supplémentaire dans la méthode vortex a été nécessaire pour doter cette interaction fluide-structure (FSI) d'un couplage « fort ».

La mise au point d'un tel outil a permis d'étudier l'impact de divers paramètres de flexibilité discrète sur la propulsion à aile oscillante à bas nombre de Reynolds. On constate qu'il est possible d'augmenter les performances d'une aile oscillante en propulsion (soit en poussée ou soit en rendement énergétique) en modifiant la position et la rigidité des articulations élastiques ou le ratio de densité des corps solides par rapport au fluide. Ce travail ouvre donc la voie à l'optimisation de la distribution de flexibilité le long de la corde pour les applications aérodynamiques à faibles nombres de Reynolds.

The research presented in this master thesis is aimed to study chordwise flexibility effect on flapping-wings aerodynamics in low Reynolds number propulsion regime for nano-air vehicle applications. To do so, an appropriate aeroelastic modelling tool had to be implemented.

The main idea of this project is to consider a discrete flexibility using an articulated wing composed of rigid segments linked together by elastic torsional joints. This approach means solving rigid body dynamics coupled with an incompressible flow. The lagrangian vortex particles method is used to solve the flow around multiple arbitrarily moving rigid bodies. The fluid-structure coupling implemented allows to take into account N rigid segments which dynamics is governed by an imposed motion on one of them, by instantaneous aerodynamic forces generated by the flow and by elastic forces in the hinges. Adding an extra subiteration loop to the vortex method was necessary to ensure a "strong" coupling fluid-structure interaction (FSI).

The development of such a tool was used to study the impact of various discrete flexibility parameters in flapping-wing propulsion at low Reynolds number. We see that it is possible to improve oscillating wing performances in propulsion (in thrust or in efficiency) by modifying location or stiffness of the elastic hinges as well as solid to fluid density ratio of the rigid bodies. This work opens the way toward optimization of chordwise flexibility distribution for aerodynamic applications at low Reynolds numbers.