Simulation numérique d'interaction fluide structure : application à la propulsion

Dans le contexte de la modélisation de la propulsion bio-inspirée, le tangage et le pilonnement sont souvent considérés comme des archétypes des mouvements observés et un des objectifs des recherches dans ce domaine est d'établir des lois de propulsion, ce travail de thèse s'insérant dans cette thématique. Dans cet objectif, tout d'abord une plaque d'épaisseur négligeable en mouvement de tangage dans un écoulement uniforme est considérée. Ce système fluide-structure est abordé numériquement utilisant l'environnement numérique OpenFOAM qui permet de gérer le mouvement de la plaque. Les résultats des simulations numériques sont validés par comparaison avec des données existantes, pour un nombre de Reynolds de 2000. Une loi de propulsion est proposée et confrontée à des lois existantes dans la littérature. Dans un deuxième temps un profil NACA0018 en mouvement de pilonnement puis de tangage-pilonnement est étudié. Pour ces mouvements à grandes amplitudes une superposition de maillage est utilisée (appelée méthode Chimera). À partir des données des simulations, pour un nombre de Reynolds de 510^4 et pour une grande gamme de paramètres, des lois de propulsions sont proposées pour le pilonnement ainsi que pour le tangage-pilonnement. Enfin un dispositif de propulsion cycloïdale développé par l'Institut de Recherche de l'Ecole Navale (IRENav) consistant en trois pales en mouvement de rotation-tangage est abordé numériquement. Les simulations des efforts générés s'avèrent très proches des données expérimentales obtenues à l'IRENav. Aussi, il est montré que la loi proposée pour le tangage-pilonnement reste pertinente pour prédire les efforts développés par le dispositif Pitching and heaving are generally considered as archetype motions in the context of bio-inspired propulsion modeling, an important research objectif in this field being to establish propulsion laws, which is the general topic of this thesis work. For this purpose, first a plate of negligible thickness undergoing pitching motions in a uniform flow is considered. This fluid-structure system is numerically handled using the OpenFOAM environment which is capable of managing the motion of the plate. The numerical simulation results are validated by comparison with existing data, for a Reynolds number of 2000. A propulsion law is proposed and compared with scalings available in the literature. In a second step, a foil (a NACA0018 profile) in a heaving motion, and subsequently in a pitching-heaving motion