Un cadre général pour la conception de systèmes de tangage passifs efficaces

Atténuer l'impact des conditions d'entrée variables est crucial pour un large éventail de systèmes d'ingénierie tels que les drones ou les turbines éoliennes et marémotrices. Les systèmes de contrôle passifs suscitent un intérêt croissant en raison de leur fiabilité inhérente, mais un cadre mathématique pour aider à la conception de tels systèmes fait actuellement défaut. À cette fin, dans cet article, un foil rigide bidimensionnel qui se penche passivement en réponse aux changements de la vitesse d'écoulement est considéré. Un modèle analytique quasi-stationnaire et un modèle dynamique de faible ordre sont développés pour étudier la position du point de pivot qui maximise l'atténuation des charges instationnaires. L'article se concentre sur les rafales en longueur de courant, mais la méthodologie proposée s'appliquerait également à tout changement de vitesse d'entrée (vitesse et/ou direction). Le modèle quasi-stationnaire montre que le composant de force dans n'importe quelle direction arbitraire peut être maintenu constant si le pivot se trouve sur une ligne particulière, et que les coordonnées de la ligne dépendent des rafales et des caractéristiques du foil. Le modèle dynamique révèle que la distance optimale de la position du pivot par rapport au foil augmente avec la diminution de l'inertie. Pour un foil à petits angles d'incidence, le point de pivot optimal se situe le long de la ligne de corde prolongée. Cette connaissance fournit une méthodologie pour concevoir des systèmes de tangage passif optimaux pour une pléthore d'applications, y compris les véhicules robotiques volant et nageant, et offre de nouvelles perspectives sur la physique sous-jacente de l'atténuation des rafales.