Amortissement vibratoire d'hydrofoil par couplage piézoélectrique

Abstract

Les travaux présentés dans cette étude s'inscrivent dans une thématique innovante de développement et de mise en oeuvre de surfaces portantes intelligentes en milieu naval (projet 'Smart Lifting Surfaces' de l'Institut Carnot ARTS). Sous certains régimes d'écoulement, les surfaces portantes de types hydrofoils, hydroliennes et hélices sont en effet soumises à des phénomènes vibratoires d'interaction fluide-structure qui conduisent, d'une part, à une diminution de la durée de vie par fatigue et, d'autre part, à une diminution de la discrétion acoustique. La compréhension physique des phénomènes de vibration sous écoulement, ainsi que la modification de la dynamique de la structure dans l'objectif d'une réduction de ces vibrations, présentent donc un fort intérêt opérationnel et font l'objet de cette étude. Ce papier présente plus spécifiquement une stratégie de contrôle dynamique de la structure visant à réduire l'amplitude vibratoire par un couplage piézoélectrique. Nous nous intéressons dans cette étude à une structure équipée de patchs piézoélectriques capables de convertir une partie de l'énergie vibratoire en énergie électrique. On considère ici un shunt piézoélectrique résonant purement passif constitué d'une inductance et d'une résistance. Une analyse numérique et expérimentale préalable de la dynamique de l'hydrofoil permet d'extraire les fréquences de résonance à contrôler et les déformées modales associées. Ces données permettent de guider les choix de conception des circuits électriques et le placement des patchs piézoélectriques. Les vibrations de la structure sont mesurées en air et sous écoulement hydrodynamique pour différents régimes d'écoulement.