Technologie / Guide technique
Décrochage aérodynamique de pale et décollement de l’écoulement
Le décrochage aérodynamique concerne la réponse de l’écoulement et des forces à l’état d’une section. Il ne signifie ni arrêt du rotor, ni déclenchement électrique, ni concept particulier de commande du pas. Le décollement ne signifie pas non plus que toutes les forces aérodynamiques deviennent nulles.
Suivez l’état de l’écoulement plutôt qu’une seule étiquette d’angle.
L’angle d’attaque intervient par la section et les conditions réelles. Un écoulement stationnaire et un écoulement évoluant rapidement peuvent produire des historiques de force différents pour un angle instantané similaire.
01 / Décollement
L’écoulement près de la surface peut se détacher du contour.
La couche limite répond aux variations de pression le long d’une surface.
La couche limite répond aux variations de pression le long d’une surface. Dans les conditions de décollement, l’écoulement près de la surface ne suit plus le contour comme l’écoulement attaché. La répartition de pression et de cisaillement qui en résulte modifie la force aérodynamique.
La discussion de l’inclinaison par la NASA relie l’écoulement décollé aux difficultés de prédiction de la portance et de la traînée. Ce changement physique ne doit pas être réduit à un seuil d’angle universel commun à tous les profils, nombres de Reynolds ou états de surface.
02 / Réponse des forces
Le décrochage ne supprime pas simplement toute portance.
Une section en décrochage peut présenter une portance inférieure à son pic précédent et une traînée supérieure, tout en continuant à supporter une force aérodynamique.
Une section en décrochage peut présenter une portance inférieure à son pic précédent et une traînée supérieure, tout en continuant à supporter une force aérodynamique. L’historique des forces dépend du profil et des conditions. « Ne plus produire de portance utile » ne doit pas se lire comme une force nulle partout.
Pour un rotor, les variations de direction et d’amplitude des forces modifient les composantes normales et tangentielles. Décrire le décrochage d’une section ne suffit pas à établir à quelle vitesse le rotor entier ralentit ni quelle puissance électrique en découle.
03 / Polaire statique
Une courbe stationnaire représente des conditions indiquées.
Une polaire stationnaire relie les coefficients à l’angle une fois l’état d’écoulement représenté établi.
Une polaire stationnaire relie les coefficients à l’angle une fois l’état d’écoulement représenté établi. Elle conserve les dépendances au profil, au nombre de Reynolds et à l’état de surface. Une relation linéaire générique de portance ne peut pas être extrapolée au-delà du décollement comme si l’écoulement restait attaché.
L’angle de portance maximale n’est pas non plus une limite universelle du produit. Son sens doit rester lié aux conditions représentées par la courbe, au lieu d’être recopié en règle de fonctionnement du rotor.
04 / Réponse dynamique
Un écoulement variable peut créer un retard et de l’hystérésis.
Lorsque l’écoulement ou l’angle varie suffisamment vite, la réponse de la section peut dépendre de son état antérieur.
Lorsque l’écoulement ou l’angle varie suffisamment vite, la réponse de la section peut dépendre de son état antérieur. Décollement et recollement ne suivent pas nécessairement le même chemin. Une boucle dans une représentation coefficient-angle traduit cette dépendance à l’historique.
La documentation d’aérodynamique instationnaire d’OpenFAST traite le décrochage dynamique séparément des données stationnaires de section. Un même angle instantané peut donc correspondre à des forces différentes sur les portions croissantes et décroissantes d’un historique de mouvement défini.
05 / Échelle temporelle
Une entrée variable ne se réduit pas à son point final.
L’échelle de traversée de corde c/W compare une longueur de section à sa vitesse relative d’écoulement.
L’échelle de traversée de corde c/W compare une longueur de section à sa vitesse relative d’écoulement. Pour les valeurs hypothétiques c = 0.20 m et W = 10 m/s, cette échelle vaut 0.020 s. Ce n’est ni une prédiction de retard de décrochage ni un temps de commande d’éolienne.
La vitesse de variation et l’historique comptent en plus de l’angle final. Cette explication de l’écoulement relatif décrit comment une variation de rotation ou d’écoulement entrant peut modifier l’angle de la section.
06 / Distinction du système
Un phénomène physique de décrochage n’est pas une déclaration de commande.
Une conception peut exploiter ou éviter certains aspects du décrochage, mais cette stratégie exige sa propre mise en œuvre définie.
Une conception peut exploiter ou éviter certains aspects du décrochage, mais cette stratégie exige sa propre mise en œuvre définie. Le pas fixe, le pas variable et l’orientation électrique ne suffisent pas individuellement à établir un schéma particulier de limitation de puissance par décrochage.
Cette page n’attribue à MARSTON aucun angle de décrochage, profil, réduction de force ou algorithme de commande. Elle explique pourquoi les données de coefficients nécessitent des conditions et, lorsque c’est pertinent, une description dépendante du temps.
Poursuivez l’examen avec Écoulement relatif de la pale et angle d’attaque.
Poursuivez l’examen avec Portance, traînée et coefficients de section de pale.
Poursuivez l’examen avec Nombre de Reynolds des pales de petite éolienne et similitude d’écoulement.
Contexte général : NASA Glenn : décollement et effets d’inclinaison · OpenFAST : décollement instationnaire, décrochage dynamique et hystérésis. Ces références expliquent les concepts du secteur ; elles sont distinctes des documents applicables aux produits et projets MARSTON.
Notions et conditions essentielles.
Interprétez chaque grandeur avec sa référence, ses unités et les conditions indiquées. Une relation générale ne fixe pas une valeur propre à un modèle.
| Notion / grandeur | Signification / relation | Conditions / limites |
|---|---|---|
| Décollement | Écoulement près de la surface s’écartant du contour | Modifie la distribution de pression et de cisaillement. |
| Polaire statique | Coefficients pour une condition stationnaire indiquée | N’extrapolez pas indéfiniment une droite d’écoulement attaché. |
| Décrochage dynamique | Réponse instationnaire dépendant de l’historique | Des angles instantanés égaux ne donnent pas nécessairement des forces égales. |
| c/W | Échelle de temps de traversée de corde, s | Ni retard universel ni réglage de commande. |
| Réponse du système | Comportement du rotor et du système électrique | Ce n’est pas établi par le seul décrochage de section. |
Questions d’ingénierie.
Le décrochage signifie-t-il que le rotor s’arrête ?
Non. Il décrit un état aérodynamique, pas l’arrêt d’une machine entière.
Une section en décrochage ne porte-t-elle aucune force ?
Non. Portance et traînée peuvent rester importantes même après un pic de portance.
Un angle de décrochage est-il valable pour toutes les sections ?
Non. Géométrie, nombre de Reynolds, surface et historique peuvent compter.
Une polaire stationnaire prédit-elle tous les transitoires ?
Pas nécessairement ; l’état instationnaire et l’hystérésis exigent un traitement spécifique.
0.020 s est-il un retard réel de décrochage ?
Non. C’est uniquement une échelle hypothétique de traversée de corde.
L’orientation électrique prouve-t-elle une régulation par décrochage ?
Non. La fonction d’orientation ne permet pas de déduire une stratégie de commande.
Demande technique
Discutez de la question technique.
Le décrochage aérodynamique concerne la réponse de l’écoulement et des forces à l’état d’une section. Transmettez le modèle et les informations de fonctionnement ou de conception applicables pour une discussion d’ingénierie.