FR3097276A1 - Wind turbine rotor blade comprising a fluidic actuator and method for improving the aerodynamic performance of wind turbines - Google Patents
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Abstract
Pale de rotor d'éolienne, formée d’une enveloppe longitudinale présentant un bord d’attaque et un bord de fuite et comportant des moyens de modification des performances aérodynamiques de ladite pale, caractérisée en ce que lesdits moyens de modification des performances aérodynamiques comprennent au moins un actionneur fluidique (2) actif, à jets d'air pulsés ou continus et/ou à aspiration intermittente ou continue, disposé à la surface extérieure de l'enveloppe de la pale (1). L'actionneur fluidique (2) présente un corps tubulaire allongé avec un canal central (4) longitudinal, formant réservoir d'air, connecté à une pluralité d’orifices (3) débouchant à l’extérieur du dit corps et de l’enveloppe de la pale. Le procédé d'amélioration des performances aérodynamiques d’une éolienne au moyen de ladite pale permet, par commande du débit d’air des jets d’air pulsés ou continus et/ou de l’aspiration intermittente ou continue du ou des actionneur(s) fluidique(s) (2) de ladite pale, de moduler, diminuer ou augmenter la portance de ladite pale. Figure pour l’abrégé : Fig. 3Wind turbine rotor blade, formed of a longitudinal casing having a leading edge and a trailing edge and comprising means for modifying the aerodynamic performance of said blade, characterized in that said means for modifying the aerodynamic performance comprises at at least one active fluidic actuator (2), with pulsed or continuous air jets and / or with intermittent or continuous suction, arranged on the outer surface of the casing of the blade (1). The fluidic actuator (2) has an elongated tubular body with a central longitudinal channel (4), forming an air reservoir, connected to a plurality of orifices (3) opening out to the outside of said body and of the casing. of the blade. The method of improving the aerodynamic performance of a wind turbine by means of said blade allows, by controlling the air flow, pulsed or continuous air jets and / or intermittent or continuous suction of the actuator (s). ) fluidic (s) (2) of said blade, to modulate, decrease or increase the lift of said blade. Figure for the abstract: Fig. 3
Description
La présente invention concerne le domaine des éoliennes et plus particulièrement les pales de rotor d’éolienne et un procédé d’amélioration des performances aérodynamiques des éoliennes.The present invention relates to the field of wind turbines and more particularly wind turbine rotor blades and a method for improving the aerodynamic performance of wind turbines.
L’optimisation du rendement des éoliennes ainsi que l'augmentation de leur durée de vie sont actuellement des préoccupations majeures des exploitants de parcs éoliens.Optimizing the performance of wind turbines and increasing their lifespan are currently major concerns for wind farm operators.
Une cause de vieillissement prématuré des éoliennes qui est souvent mise en avant est l'accumulation des charges imposées par les forts cisaillements instationnaires en amont du rotor (dus au désalignement par rapport au vent incident, aux bourrasques, aux turbulences, aux vagues etc…) qui induisent une variation dynamique complexe des efforts aérodynamiques. Afin de limiter l'influence de ces perturbations sur l'éolienne, plusieurs solutions ont été envisagées à ce jour.A cause of premature aging of wind turbines which is often put forward is the accumulation of loads imposed by strong unsteady shears upstream of the rotor (due to misalignment with respect to the incident wind, gusts, turbulence, waves, etc.) which induce a complex dynamic variation of the aerodynamic forces. In order to limit the influence of these disturbances on the wind turbine, several solutions have been considered to date.
Une première solution envisagée a été d’adapter aux pales existantes des dispositifs communément appelés «add-on», destinés à modifier la surface aérodynamique de la pale de l’éolienne pour en améliorer les performances. Il s’agit de dispositifs passifs sous forme d’éléments faisant saillie de la surface de la pale, comprenant par exemple des ailettes, dents ou volets dressés sur le bord d'attaque de la pale (tels que décrits par exemple dans le brevet EP2736805, ou dans le brevet DE102011122140 présentant des volets mobiles); ces dispositifs sont dénommés générateurs de tourbillons ou encore générateurs de vortex. En effet, les tourbillons créés autour de ces dispositifs à la surface des pales modifient l’écoulement de l’air autour de ces dernières et en augmentent la portance. Ainsi, ont été observés, avec de tels dispositifs montés sur certaines éoliennes, des gains moyens de puissance de l'ordre de 1,5 à 3 %.A first solution considered was to adapt to existing blades devices commonly called “add-ons”, intended to modify the aerodynamic surface of the wind turbine blade to improve its performance. These are passive devices in the form of elements protruding from the surface of the blade, comprising for example fins, teeth or flaps erected on the leading edge of the blade (as described for example in patent EP2736805 , or in the patent DE102011122140 presenting movable flaps); these devices are called vortex generators or vortex generators. Indeed, the vortices created around these devices on the surface of the blades modify the flow of air around them and increase their lift. Thus, average power gains of the order of 1.5 to 3% have been observed with such devices mounted on certain wind turbines.
Cependant ces dispositifs fixes ont une action permanente alors que les charges imposées à l'éolienne ne se produisent que ponctuellement (par exemple sous l’effet de bourrasques …) et sont dans tous les cas fortement instationnaires. L'augmentation de la durée de vie d'une éolienne à l'aide de tels dispositifs passifs est alors synonyme de la diminution du rendement global de l'éolienne.However, these fixed devices have a permanent action whereas the loads imposed on the wind turbine only occur occasionally (for example under the effect of gusts, etc.) and are in all cases highly unsteady. Increasing the lifetime of a wind turbine using such passive devices is then synonymous with a reduction in the overall efficiency of the wind turbine.
Une autre solution a été de prévoir, dès la construction de la pale d’éolienne, des aménagements modifiant le profil aérodynamique de ladite pale en réalisant par exemple des orifices communiquant avec l’espace intérieur creux de ladite pale. Un exemple est donné par le document GB 2216959A qui décrit une pale d’éolienne dans laquelle ont été ménagés deux orifices à chaque extrémité de ladite pale ; ces orifices sont interconnectés par un passage, à l’intérieur même de la pale, équipé d’une vanne de régulation du flux d’air dans ledit passage, de manière à créer des turbulences à l’extrémité distale de la pale, pour freiner sa rotation en cas de grand vent.Another solution was to provide, from the construction of the wind turbine blade, arrangements modifying the aerodynamic profile of said blade by making, for example, orifices communicating with the hollow interior space of said blade. An example is given by document GB 2216959A which describes a wind turbine blade in which two orifices have been made at each end of said blade; these orifices are interconnected by a passage, inside the blade itself, equipped with a valve for regulating the flow of air in said passage, so as to create turbulence at the distal end of the blade, to brake its rotation in high winds.
On connait aussi de US 2004/0201220 une cavité ménagée, lors de la construction, à l’intérieur de la pale et ouverte vers l’extérieur selon une fente longitudinale allant d’une extrémité à l’autre de ladite pale, parallèle à son bord de fuite. L’air circulant dans la cavité sort par la fente et modifie la portance et la trainée de la pale. La pression de l’air sortant par ladite fente longitudinale peut être modulée selon les conditions du vent. Selon le même principe, dans le document US 2010/0014970 la cavité intérieure de la pale comporte une multiplicité de cavités individuelles chacune communiquant avec l’extérieur par le biais de fentes séparées ou de trous ménagés dans la longueur de l’enveloppe de ladite pale.Also known from US 2004/0201220 is a cavity provided, during construction, inside the blade and open to the outside along a longitudinal slot running from one end to the other of said blade, parallel to its trailing edge. The air circulating in the cavity exits through the slot and modifies the lift and the drag of the blade. The pressure of the air exiting through said longitudinal slot can be modulated according to the wind conditions. According to the same principle, in the document US 2010/0014970 the internal cavity of the blade comprises a multiplicity of individual cavities each communicating with the outside by means of separate slots or holes made in the length of the envelope of said blade .
La fabrication de telles pales avec la création de cavités ou canaux internes pour la circulation de l’air, communiquant avec l’extérieur, est coûteuse et nécessite d’être pensée dès la phase de fabrication de la pale de l’éolienne.The manufacture of such blades with the creation of cavities or internal channels for the circulation of air, communicating with the outside, is expensive and needs to be thought out from the manufacturing phase of the wind turbine blade.
BUTS DE L’INVENTIONAIMS OF THE INVENTION
En conséquence, un premier but de l’invention est de proposer un dispositif adaptable aux pales existantes, permettant de modifier les performances aérodynamiques desdites pales et d’augmenter la durée de vie de l’éolienne.Consequently, a first object of the invention is to propose a device adaptable to existing blades, making it possible to modify the aerodynamic performance of said blades and to increase the life of the wind turbine.
Un autre but de l’invention est de proposer une pale incorporant un tel dispositif, ce dispositif étant modulable et adaptable à tout type de pales.Another object of the invention is to provide a blade incorporating such a device, this device being modular and adaptable to any type of blade.
Un autre but de l’invention est de proposer une pale incorporant un tel dispositif, qui permette d'adapter la pale aux diverses configurations de vents incidents rencontrés, et de pallier notamment les régimes instationnaires des éoliennes créés par les turbulences ou les variations des vents incidents.Another object of the invention is to propose a blade incorporating such a device, which makes it possible to adapt the blade to the various configurations of incident winds encountered, and to overcome in particular the unsteady regimes of wind turbines created by turbulence or variations in winds. incidents.
Un autre but de l’invention est de proposer une pale incorporant un tel dispositif, qui soit bon marché et d’application aisée.Another object of the invention is to provide a blade incorporating such a device, which is inexpensive and easy to apply.
DESCRIPTION DE L’INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
Ces buts, ainsi que d’autres, sont atteints par la pale selon l’invention.These objects, as well as others, are achieved by the blade according to the invention.
A cet effet la présente invention concerne une pale de rotor d'éolienne, ladite pale étant formée d’une enveloppe longitudinale présentant un bord d’attaque et un bord de fuite et comportant des moyens de modification des performances aérodynamiques de ladite pale, caractérisée en ce que lesdits moyens de modification des performances aérodynamiques comprennent au moins un actionneur fluidique à jets d'air pulsés ou continus et/ou à aspiration intermittente ou continue, ledit actionneur étant disposé à la surface extérieure de l'enveloppe de la pale.To this end, the present invention relates to a wind turbine rotor blade, said blade being formed of a longitudinal envelope having a leading edge and a trailing edge and comprising means for modifying the aerodynamic performance of said blade, characterized in that said means for modifying the aerodynamic performance comprise at least one fluidic actuator with pulsed or continuous air jets and/or with intermittent or continuous suction, said actuator being arranged on the outer surface of the envelope of the blade.
Le positionnement en surface de l’actionneur fluidique, est aisé. Il peut être appliqué à n’importe quel endroit de la surface de l’enveloppe de la pale. Selon un mode de réalisation avantageux, le ou les actionneurs sont disposés longitudinalement le long d’une position de la corde de la pale, de préférence le long du bord d’attaque et/ou le long du bord de fuite de la pale.Surface positioning of the fluidic actuator is easy. It can be applied anywhere on the surface of the blade casing. According to an advantageous embodiment, the actuator(s) are arranged longitudinally along a position of the chord of the blade, preferably along the leading edge and/or along the trailing edge of the blade.
Ces actionneurs à jets d’air pulsés ou continus et/ou à aspiration intermittente ou continue sont des dispositifs actifs, au contraire des dispositifs passifs de l’art antérieur fixés à la surface de la pale et faisant saillie de celle-ci.These actuators with pulsed or continuous air jets and/or with intermittent or continuous suction are active devices, unlike the passive devices of the prior art fixed to the surface of the blade and projecting therefrom.
De préférence, l'actionneur fluidique présente un corps tubulaire allongé comprenant une base solidaire de la surface extérieure de l’enveloppe de la pale et une paroi opposée à ladite base, entre lesquelles est disposé au moins un canal central longitudinal, pouvant former réservoir d'air, connecté à une pluralité d’orifices débouchant à l’extérieur du dit corps et de l’enveloppe de la pale.Preferably, the fluidic actuator has an elongated tubular body comprising a base secured to the outer surface of the casing of the blade and a wall opposite to said base, between which is arranged at least one longitudinal central channel, which can form a reservoir of air, connected to a plurality of orifices opening outside of said body and the envelope of the blade.
Le canal central de l'actionneur fluidique comporte avantageusement des extrémités équipées de moyens d’obturation dynamiques et connectées à un compresseur d'air alimentant en air comprimé ledit canal central ou connectées à un dispositif de pompage aspirant l’air du dit canal central.The central channel of the fluidic actuator advantageously comprises ends equipped with dynamic closure means and connected to an air compressor supplying compressed air to said central channel or connected to a pumping device sucking air from said central channel.
Les orifices débouchant à l’extérieur dudit corps de l’actionneur (par l’intermédiaire de canaux latéraux, d’entrée ou de sortie d’air, reliés au canal central) peuvent présenter une forme circulaire ou une forme allongée. Ces canaux latéraux, d’entrée ou de sortie d’air, peuvent être orientés perpendiculairement à la surface de l’enveloppe de la pale, ou, suivant d’autres variantes, déboucher au niveau de ladite surface selon une inclinaison permettant au jet d’air d’être dirigé vers l’avant ou vers l’arrière de la pale. Par avant ou arrière de la pale on entend ici le sens de l’écoulement de l’air environnant, c’est-à-dire le sens de rotation de l’éolienne, en fonctionnement.The orifices emerging outside of said body of the actuator (via side channels, air inlet or outlet, connected to the central channel) may have a circular shape or an elongated shape. These lateral air inlet or outlet channels can be oriented perpendicular to the surface of the blade envelope, or, according to other variants, emerge at the level of said surface according to an inclination allowing the jet to looks to be pointing forward or aft of the blade. By front or rear of the blade is meant here the direction of the flow of the surrounding air, that is to say the direction of rotation of the wind turbine, in operation.
La pale selon l’invention peut comporter plusieurs actionneurs fluidiques. En variante, chaque actionneur fluidique peut comporter des canaux latéraux, d’entrée ou de sortie d’air, orientés selon des angles différents par rapport à la surface de l’enveloppe de la pale.The blade according to the invention may comprise several fluidic actuators. Alternatively, each fluidic actuator may have lateral air inlet or outlet channels oriented at different angles relative to the surface of the blade envelope.
La pale selon l’invention peut aussi comporter plusieurs actionneurs fluidiques montés en série. On voit donc que de tels actionneurs sont très modulables, pouvant être adaptés aux conditions dans lesquelles est ou va être placée l’éolienne.The blade according to the invention can also comprise several fluidic actuators mounted in series. We can therefore see that such actuators are very flexible, being able to be adapted to the conditions in which the wind turbine is or will be placed.
Le ou les actionneurs fluidiques sont avantageusement logés dans des rainures ménagées à la surface de l’enveloppe de la pale (dans l’épaisseur de la paroi de l’enveloppe), la paroi extérieure du corps des actionneurs affleurant à la surface extérieure de ladite enveloppe de la pale. Le ou les actionneurs fluidiques peuvent être solidarisés par collage à l'enveloppe de la pale. Le ou les actionneurs fluidiques sont avantageusement en matériau non-ferreux, de préférence en matériau polymère ou composite.The fluidic actuator(s) are advantageously housed in grooves formed on the surface of the casing of the blade (in the thickness of the wall of the casing), the outer wall of the body of the actuators being flush with the outer surface of said blade envelope. The fluidic actuator(s) can be secured by gluing to the casing of the blade. The fluidic actuator(s) are advantageously made of non-ferrous material, preferably of polymer or composite material.
Selon un mode de réalisation avantageux, chaque actionneur est connecté à un dispositif de commande de l'ouverture et/ou la fermeture des dispositifs d’obturation dynamiques, de préférence selon une fréquence donnée.According to an advantageous embodiment, each actuator is connected to a device for controlling the opening and/or closing of the dynamic shutter devices, preferably according to a given frequency.
De plus de tels actionneurs peuvent être commandés séparément les uns des autres. De préférence, le dispositif de commande du ou des actionneurs fluidiques est relié à un dispositif (tel qu’un penon électronique, un capteur de pression, un capteur de décrochement, un anémomètre ou un lidar) de détermination du régime d’écoulement de l’air autour de la pale conditionnant le débit d'air en sortie ou entrée des orifices du ou des actionneur(s) fluidique(s).Moreover, such actuators can be controlled separately from each other. Preferably, the control device of the fluidic actuator(s) is connected to a device (such as an electronic telltale, a pressure sensor, a stall sensor, an anemometer or a lidar) for determining the flow regime of the air around the blade conditioning the air flow at the outlet or inlet of the orifices of the fluidic actuator(s).
Un tel couplage des actionneurs fluidiques peut avantageusement être réalisé avec un penon électronique tel que décrit dans le brevet EP 2185942 B1. Une boucle d’asservissement peut alors être mise en œuvre entre ce penon électronique, capteur qui détecte un écoulement de l’air non laminaire et l’actionneur fluidique qui émet des jets d’air pulsés ou continus ou aspire l’air extérieur de manière intermittente ou continue, jusqu’au rétablissement d’un écoulement laminaire autour de la zone de l’enveloppe de la pale considérée.Such coupling of the fluidic actuators can advantageously be carried out with an electronic telltale as described in patent EP 2185942 B1. A servo loop can then be implemented between this electronic telltale, sensor which detects a non-laminar air flow and the fluidic actuator which emits pulsed or continuous jets of air or sucks in the outside air in a intermittent or continuous, until the re-establishment of a laminar flow around the zone of the envelope of the blade in question.
La présente invention concerne également un procédé d'amélioration des performances aérodynamiques d’une éolienne au moyen de pale(s) telles que décrites ci-dessus permettant, par commande du débit d’air des jets d’air pulsés ou continus et/ou de l’aspiration intermittente ou continue du ou des actionneur(s) fluidique(s) de ladite pale, de diminuer ou d'augmenter la portance de ladite pale, de moduler la portance, à tout moment, et plus particulièrement de retarder le décrochage de ladite pale.The present invention also relates to a method for improving the aerodynamic performance of a wind turbine by means of blade(s) as described above allowing, by controlling the air flow rate, pulsed or continuous air jets and/or intermittent or continuous suction of the fluidic actuator(s) of said blade, to reduce or increase the lift of said blade, to modulate the lift, at any time, and more particularly to delay the stall of said blade.
La présente invention permet une meilleure gestion des variations dynamiques des efforts aérodynamiques sur la pale et une amélioration certaine des conditions de fonctionnement de l’éolienne. Elle permet de contribuer à l’optimisation du rendement d’une éolienne ainsi qu’à l'augmentation de sa durée de vieThe present invention allows better management of the dynamic variations of the aerodynamic forces on the blade and a definite improvement in the operating conditions of the wind turbine. It contributes to the optimization of the performance of a wind turbine as well as to the increase of its lifespan.
De plus, en réduisant les perturbations aérodynamiques affectant l’environnement de la pale, le bruit associé au fonctionnement de l’éolienne est diminué.In addition, by reducing the aerodynamic disturbances affecting the environment of the blade, the noise associated with the operation of the wind turbine is reduced.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d’exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood on reading the following description of exemplary embodiments, with reference to the appended drawings in which:
Description de mode(s) de réalisationDescription of embodiment(s)
En se référant aux figures 1, 2 à 5 montrant un exemple de réalisation, la pale 1 de rotor d'éolienne selon la présente invention comporte, apposé longitudinalement le long du bord de fuite de ladite pale, un actionneur fluidique 2 dont les détails sont visibles dans l'agrandissement sur la droite de la figure 1.Referring to Figures 1, 2 to 5 showing an exemplary embodiment, the wind turbine rotor blade 1 according to the present invention comprises, affixed longitudinally along the trailing edge of said blade, a fluidic actuator 2 whose details are visible in the enlargement on the right of figure 1.
Cet actionneur fluidique 2 de forme allongée comporte à sa surface des orifices 3 pour le passage d'air qui vont être décrits plus en détail ci-après.This fluidic actuator 2 of elongated shape comprises on its surface orifices 3 for the passage of air which will be described in more detail below.
L'actionneur fluidique 2 est, dans l’exemple présenté, un actionneur actif, à jets d’air pulsés ou continus comprenant un canal central 4 formant réservoir d’air de diamètre D et de longueur L. Ce canal central 4 se divise, dans sa partie supérieure, en une multiplicité de canaux 6 latéraux, ici de sortie d’air, débouchant à l'extérieur par des orifices 3. Les orifices 3 peuvent présenter différentes formes, en particulier selon leur position sur la pale : c’est-à-dire les orifices 3 peuvent par exemple se présenter sous la forme de fentes lorsque l'actionneur est disposé le long du bord de fuite ou sous la forme d'orifices ronds lorsque l'actionneur est disposé près du bord d'attaque. Ces orifices 3 sont espacés entre eux d'une distancel.The fluidic actuator 2 is, in the example shown, an active actuator, with pulsed or continuous air jets comprising a central channel 4 forming an air reservoir of diameter D and length L. This central channel 4 is divided, in its upper part, in a multiplicity of lateral channels 6, here air outlet, opening to the outside through orifices 3. The orifices 3 can have different shapes, in particular according to their position on the blade: this is that is to say, the orifices 3 can for example be in the form of slots when the actuator is arranged along the trailing edge or in the form of round orifices when the actuator is arranged close to the leading edge. These orifices 3 are spaced apart by a distance l .
La distanceeentre le canal central 4 et la surface extérieure de l'actionneur, correspondant à la longueur des canaux latéraux, est avantageusement d'au moins deux fois le diamètre ou la longueur de fente de l'ouverture de l'orifice 3.The distance e between the central channel 4 and the outer surface of the actuator, corresponding to the length of the side channels, is advantageously at least twice the diameter or the slot length of the opening of the orifice 3.
Une courbure de rayon r, ou un chanfrein, peut être prévu (e) entre le canal central 4 et les canaux 6 latéraux, afin de faciliter l’écoulement de l’air (en particulier : pour éviter les décollements de l’écoulement dans le canal latéral de sortie et ainsi éviter le bouchage des orifices de sortie d’air).A curvature of radius r, or a chamfer, can be provided (e) between the central channel 4 and the side channels 6, in order to facilitate the flow of air (in particular: to avoid separations of the flow in the side outlet channel and thus avoid clogging of the air outlet orifices).
Ainsi l’air comprimé est introduit, sous une pression P0, dans l’actionneur fluidique 2 par les canaux 9 d'entrée d'air en direction du canal central 4 ; cet air comprimé permet alors la sortie de jets d'air de vitesse v par les différents orifices 3. Des valves 5 sont avantageusement placées aux extrémités du canal central 4 afin d'obturer ou de moduler la quantité d'air fournie. Cet air comprimé peut être alimenté par un compresseur.Thus the compressed air is introduced, under a pressure P0, into the fluidic actuator 2 through the air inlet channels 9 in the direction of the central channel 4; this compressed air then allows air jets of speed v to exit through the various orifices 3. Valves 5 are advantageously placed at the ends of the central channel 4 in order to close off or modulate the quantity of air supplied. This compressed air can be supplied by a compressor.
La ou les valves 5 mise(s) en œuvre peuvent être avantageusement actionnées selon une fréquence de pulsation capable de produire des jets pulsés à une fréquence donnée. Le débit d'air émis par l’actionneur fluidique est un paramètre important qui dépendra notamment du nombre de Reynolds de l'air environnant.The valve(s) 5 implemented can advantageously be actuated according to a pulsation frequency capable of producing pulsed jets at a given frequency. The airflow emitted by the fluidic actuator is an important parameter that will depend in particular on the Reynolds number of the surrounding air.
Le trajet parcouru par l’air entre le canal central 4 et l'orifice 3 de sortie (c'est-à-dire la distance e) ainsi que la forme de l'orifice 3 peuvent être différents en fonction de la position souhaitée de l'actionneur fluidique 2 sur la surface de l'enveloppe de la pale 1. Par exemple, le long du bord de fuite, l'air doit avantageusement être tangent à la surface aérodynamique et de préférence être guidé de l'intrados vers l'extrados pour une augmentation de la portance de la pale et de l'extrados vers l'intrados pour une diminution de la portance de la pale.The path traveled by the air between the central channel 4 and the outlet orifice 3 (that is to say the distance e) as well as the shape of the orifice 3 can be different depending on the desired position of the fluidic actuator 2 on the surface of the envelope of the blade 1. For example, along the trailing edge, the air must advantageously be tangent to the aerodynamic surface and preferably be guided from the lower surface towards the upper surface for increased blade lift and upper surface to lower surface for reduced blade lift.
L'actionneur fluidique 2 peut, selon un mode de réalisation, présenter une base 7 plane et une face supérieure 8 bombée comme schématisé sur les figures 3 et 5, les orifices 3 étant ménagés dans la face supérieure 8 bombée.The fluidic actuator 2 can, according to one embodiment, have a planar base 7 and a domed upper face 8 as shown schematically in FIGS. 3 and 5, the orifices 3 being formed in the domed upper face 8.
Selon une première variante, l'actionneur fluidique peut se présenter sous la forme d’un cylindre, les orifices 3 étant ménagés selon au moins une des génératrices dudit cylindre.According to a first variant, the fluidic actuator can be in the form of a cylinder, the orifices 3 being provided along at least one of the generatrices of said cylinder.
Selon une deuxième variante, l'actionneur fluidique peut présenter une face inférieure bombée et une face opposée supérieure plane dans laquelle sont ménagées les orifices 3 de manière à ce que la face supérieure affleure la surface de l'enveloppe de la pale 1, comme visible sur les figures 7 et 8, en étant logée dans une rainure 11 à fond concave arrondi de l'enveloppe de la pale 1.According to a second variant, the fluidic actuator can have a curved lower face and a flat upper opposite face in which the orifices 3 are made so that the upper face is flush with the surface of the envelope of the blade 1, as can be seen in Figures 7 and 8, being housed in a groove 11 with a rounded concave bottom of the envelope of the blade 1.
Dans l’une ou l’autre des variantes ci-dessus, les orifices 3 de sortie de l’air comprimé (dans l’exemple présenté) ou d’entrée de l’air (dans le cas d’une aspiration intermittente ou continue) peuvent être alignés ou non.In either of the above variants, the orifices 3 for the compressed air outlet (in the example shown) or the air inlet (in the case of intermittent or continuous suction ) may or may not be aligned.
Enfin plusieurs actionneurs fluidiques 2 peuvent être assemblés en série soit au moyen d'éléments de raccordement (non représentés), soit en comportant des extrémités à emboîtement de type mâle (9A)/femelle(9B) (voir figure 6) de manière à équiper l'ensemble de la pale (corde et/ou envergure).Finally, several fluidic actuators 2 can be assembled in series either by means of connecting elements (not shown), or by comprising male (9A)/female (9B) type interlocking ends (see FIG. 6) so as to equip the entire blade (chord and/or span).
L'incorporation à la surface de la pale, dans des rainures ménagées dans la paroi d'enveloppe de ladite pale, des actionneurs fluidiques selon l'invention, permet de ne pas créer de traînée supplémentaire lorsqu'ils ne sont pas actionnés. Lorsqu'ils entrent en action, ils permettent de moduler la portance en prenant en compte les fluctuations de vent en amont du rotor de la pale de l'éolienne. Ils peuvent être intégrés dans une boucle d'asservissement avec, par exemple, un capteur tel qu’un penon électronique détectant en permanence le régime du vent.The incorporation on the surface of the blade, in grooves provided in the envelope wall of said blade, of the fluidic actuators according to the invention, makes it possible not to create additional drag when they are not actuated. When they come into action, they make it possible to modulate the lift by taking into account the wind fluctuations upstream of the rotor of the wind turbine blade. They can be integrated into a servo loop with, for example, a sensor such as an electronic telltale permanently detecting the wind speed.
Ces actionneurs fluidiques actifs couplés à un tel capteur peuvent ainsi répondre très rapidement sur des échelles de temps pouvant aller de la minute à la milliseconde et agir sur une large bande de fréquence. Ces actionneurs fluidiques de petites dimensions (par exemple de largeur et hauteur de quelques millimètres et de longueur pouvant atteindre plusieurs dizaines de centimètres) sont facilement intégrables à la surface de pales existantes. Réalisés en matériau polymère ou composite, ce sont des dispositifs robustes. Ils peuvent être placés à tout endroit stratégique de la surface de la pale et peuvent être déplacés en fonction des exigences et de la situation de l'éolienne.These active fluidic actuators coupled to such a sensor can thus respond very quickly on time scales ranging from minutes to milliseconds and act on a wide frequency band. These fluidic actuators of small dimensions (for example with a width and height of a few millimeters and a length that can reach several tens of centimeters) can easily be integrated into the surface of existing blades. Made of polymer or composite material, these are robust devices. They can be placed at any strategic location on the blade surface and can be moved according to the requirements and situation of the wind turbine.
Plus particulièrement, en fonction de l'orientation des jets pulsés ou continus et de la position des orifices, il est possible, en faisant agir les actionneurs fluidiques 2 sur le bord d'attaque de la pale, de retarder le point de décollement ou décrochage (voir figure 9 – flèche R) ou lorsque les actionneurs agissent sur le bord de fuite d'augmenter la portance (voir figure 10 – flèche A).More particularly, depending on the orientation of the pulsed or continuous jets and the position of the orifices, it is possible, by causing the fluidic actuators 2 to act on the leading edge of the blade, to delay the point of separation or stall (see figure 9 – arrow R) or when the actuators act on the trailing edge to increase lift (see figure 10 – arrow A).
Enfin les avantages de l'augmentation de la portance et du retard au décrochage peuvent se cumuler lorsque ces actionneurs fluidiques agissent à la fois sur le bord d'attaque et sur le bord de fuite de la pale (voir figure 11).Finally, the advantages of increased lift and stall delay can be combined when these fluidic actuators act both on the leading edge and on the trailing edge of the blade (see figure 11).
Les effets des actionneurs fluidiques actifs selon l’invention permettent ainsi d’améliorer à tout moment les conditions de fonctionnement de l’éolienne et donc de contribuer à l’optimisation de son rendement énergétique et à l’allongement de sa durée de vie.The effects of the active fluidic actuators according to the invention thus make it possible to improve the operating conditions of the wind turbine at any time and therefore to contribute to the optimization of its energy efficiency and to the extension of its service life.
De plus ces actionneurs fluidiques actifs montés sur la pale d’éolienne, contribuent à une diminution du bruit avec une amélioration et/ou une meilleure maîtrise des phénomènes aérodynamiques à la surface de la pale : notamment une atténuation des effets de sillage et de l’interaction de la couche limite collée ou décollée au bord de fuite ou au bord d’attaque avec le sillage ou l’écoulement incident à la pale.In addition, these active fluidic actuators mounted on the wind turbine blade contribute to a reduction in noise with an improvement and/or better control of the aerodynamic phenomena on the surface of the blade: in particular an attenuation of the effects of wake and interaction of the bonded or unstuck boundary layer at the trailing edge or at the leading edge with the wake or the incident flow at the blade.
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