This thesis presents a numerical study of the phenomenon of self-sustained oscillations of an elastically mounted rigid wing. These oscillations were reported experimentally at the Royal Military College of Canada by the team of professer Poirel. They showed that the phenomenon is observed in a specifie range of Reynolds numbers where the transition of the boundary layers can occur:​ 5 x 10⁴ < Re_c < 1.3 x 10⁵. Both pitch-only and pitch-heave oscillations were observed. The pitch-only oscillations have an amplitude of approximately 5 degrees and a frequency of about 3 Hz. The pitch-heave oscillations have pitching amplitudes reaching up to 65 degrees depending on the structural stiffness coefficients and frequencies in the range of 3 to 5Hz.

The phenomenon has been studied in this thesis through the means of Computational Fluid Dynamics. Using the open-source finite volumes code OpenFOAM, simulations of the aeroelastic problem were performed. In the case of the pitch-only oscillations, a very good agreement between the numerical and experimental results was obtained. The use of a transition madel was an improvement over previous numerical simulations and contributed to a better understanding of the flow physics involved. Since the separation of the laminar boundary layer is the trigger mechanism of the phenomenon, these oscillations are labelled as laminar separation flutter. The impact of freestream turbulence intensity on the oscillations has also been investigated and found to play an important role, suppressing the oscillations at high levels. The secondary role played by the high-frequency flow structures was demonstrated as well as the different energy dissipation mechanisms involved.

Self-sustained pitch-heave oscillations were also simulated numerically. The quantitative comparison with experimental results is not as good as the pitch-only oscillations but similar trends are observed. When a small heave stiffness is used, small pitching and heaving amplitudes are obtained in a similar fashion as for the pitch-only case. When a large heave stiffness is used, large pitching oscillations are obtained of the same arder of magnitudes as the experimental results. These oscillations differ from the pitch-only case since they are characterized by coalescence flutter rather than laminar separation flutter.

Ce mémoire présente une étude numérique du phénomène d'oscillations auto-induites d'une aile rigide montée sur un support élastique. Ces oscillations ont été rapportées expérimentalement au Collège Militaire Royal du Canada par l'équipe du professeur Poirel. Ils ont montré que le phénomène a lieu dans une plage de nombres de Reynolds spécifique où la transition de la couche limite peut survenir :​ 5 x 10⁴ < Re_c < 1.3 x 10⁵. Des oscillations en tangage seulement ainsi qu'en tangage et pilonnement ont été observées. Les oscillations en tangage seulement ont une amplitude d'environ 5 degrés et une fréquence aux alentours de 3 Hz. Les oscillations en tangage et pilonnement ont des amplitudes de tangage pouvant atteindre 65 degrés selon la rigidité structurale et des fréquences allant de 3 à 5 Hz.

Le phénomène a été étudié ici par la mécanique des fluides numérique. Le code libre OpenFOAM utilisant la méthode des volumes finis a été utilisé pour simuler le problème aéroélastique. Dans le cas des oscillations en tangage, une très bonne comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux a été obtenue. L'utilisation d'un modèle de transition a entraîné une amélioration par rapport aux simulations numériques réalisées dans le passé et a contribué à mieux élucider la physique en jeu. La séparation de la couche limite laminaire étant le mécanisme déclencheur du phénomène, ces oscillations sont appelées flottement de séparation laminaire. L'impact de l'intensité turbulente de 1' écoulement sur les oscillations a été étudié et s'est révélé jouer un rôle très important:​ un haut niveau empêchant l'apparition des oscillations. Le caractère secondaire du rôle joué par les structures d'écoulement à haute fréquence a été démontré ainsi que les différents mécanismes de dissipation d'énergie en jeu.

Les oscillations auto-induites en tangage et pilonnement combinés ont également été simulées. La comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux n'est pas aussi bonne que dans le cas de oscillations en tangage, mais des tendances similaires sont tout de même observées. Lorsque la rigidité structurale en pilonnement est petite, des oscillations de faibles amplitudes en tangage et pilonnement sont obtenues, tel que dans le cas en tangage pure. Lorsque la rigidité structurale est grande, d' importantes amplitudes de tangage sont obtenues qui s'avèrent du même ordre de grandeur que celles observées en expérimental. Ces oscillations diffèrent du cas en tangage puisqu'elles sont caractérisées par un flottement de coalescence plutôt qu'un flottement de séparation laminaire.