Discussion

Solution Choisie

La solution retenue est donc une éolienne de Savonius confinée de 0.8 m de diamètre avec une ouverture de fuite de 0.07m et 0.2m de hauteur. Le tout pour un poids de l'ordre de 80kg (acier) et un volume de 100 l (sans compter les conduits)  Il faut ajouter à cela le convergent-trappe qui possède une aire de 0.24m2 (en utilisant les résultats analytiques sur le convergent). ce qui signifie qu'une trappe rectangulaire de 0.4m par 0.6m serait suffisante. à cela il faut ajouter les conduits en aval de l'éolienne (distance restant encore à déterminer). Cette solution est couplée avec deux éléments non aérodynamiques pour former la solution hybride finale.

Un couplage fort avec des supercondensateurs afin d'éviter les pertes énergétiques lors d'un cycle de rotation (supercondensateurs à faible énergie spécifique 0.1 Wh/kg et 5 kW/kg suffisent).

Un couplage faible avec des batteries lithium-ion ou lithium Nickel (par exemple 40 kg suffisent pour un rôle de soutien à l'éolienne de Savonius) qui serait utilisée principalement pour les périodes de stress (plutôt autre que l'atterrissage pour lequel notre Savonius est dimensionnée).

Cette solution est globalement plus légère, ne nécessite pas de déploiement et est relativement compacte.

Critique des raisonnements

La plupart des raisonnements faits au sujet des solutions aérodynamiques l'ont été à partir de donnée issues de l'éolien civil. Ils sont donc à prendre avec des pincettes malgré le fait qu'ils soient généralement basés sur des nombres adimensionnels.

​Pour les solutions non aérodynamiques les ordres de grandeurs donnés le sont toujours en supposant le système parfait, pas de pertes d'aucune sorte, ce qui est bien sur faux dans la réalité.  

Pour l'éolienne de Savonius il a été convenue de dimensionner l'installation pour la plus petite vitesse rencontrée, celle de l'atterrissage. Comme évoqué dans la partie sur le convergent, cela va impliquer la présence de choc en amont dans le convergent, créant des pertes par recompression.

Perspectives 

Il reste encore à finir les développements analytiques et numériques afin d'obtenir la courbe du coefficient de puissance de l'éolienne de Savonius obstruée à grand nombre de Reynolds afin de pouvoir affiner les dimensions.

Pour ce faire nous avons commencé à mettre en place un protocole pour une campagne de simulations numériques sous Starccm+ en 2D puis en 3D. En utilisant la méthode de sliding mesh, on crée deux régions, une qui correspond à l'éolienne et qui va tourner par rapport à l'autre, le reste de la géométrie.

 

screenshot du maillage : en clair le background fixe, en foncé la partie mobile la partie amont est volontairement plus longue qu'en réalité c'est pour éviter les ondes de pressions numériques.

Le but étant, pour une dimension d'installation donnée, de simuler plusieurs vitesses de rotations. Pour chacune d'elle relever la distribution des coefficients de pression pour connaître le moment exercé sur l'axe de rotation comme on l'a déjà fait analytiquement pour une configuration dans la partie sur l'obstruction. Cela afin d'obtenir la puissance sur l'arbre et donc le coefficient de puissance en fonction du rapport des vitesses.

Pour illustrer nos propos nous avons effectué une simulation avec une configuration arbitraire, garantissant simplement que le rapport des vitesses vaut 0.6.

animation illustrant le fonctionnement de notre dispositif

Cependant beaucoup de chose restent à travailler,le maillage, les paramètres de turbulence (pour l'instant il s'agit d'un simple k-e avec wall treatment) et les conditions thermodynamiques entre autres.

Nous voulons également quantifier les pertes dues au chocs pour les vitesses supérieures à la vitesse d'atterrissage. Pour cela nous pensons faire une simulation d'une configuration sans éolienne avec de l'air inviscide pour les mettre en évidence. Se posera alors un problème de raffinement de maillage si l'on souhaite identifier les chocs.

Enfin une question capitale est encore à explorer, où pouvons nous intégrer cette solution sur l'appareil? Un bon endroit semble être dans la voilure (intrados extrados) pour bénéficier en plus des grandes vitesses  d'un grand rapport de  pression entrée sortie.