Prise au vent et orientation des pales d'une éolienne

[inviteb68e4ddb]

Bonjour à tous et bonne année !!!

Je cherche la démonstration pour prouver que : un solide aura toujours tendance à s'opposer au vent, c'est-à-dire qu'il déploira la surface maximale.

Exemple (pris entièrement au hazard) : les pales d'une éolienne, si elles ne sont pas orientées par un mécanismes spécial, se positionnerons automatiquement face au vent.

Ca me paraît évident en m'imaginant la situation, mais je n'arrive pas à le modéliser. C'est pour ça que je fait appel à vous. (bien sur si cela dépasse de très loin les compétences d'un 1ère S option SI, dites-le moi)

Merci d'avance pour votre précieuse aide.
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[Jeanpaul]

A mon avis, ça sera dur à prouver... parce que c'est faux.
2 exemples : un drapeau ne s'oriente pas de manière à présenter la surface maximale. Un parachute s'oriente vers la résistance de l'air maximale (et heureusement !).
En fait l'orientation résulte d'un compromis entre les forces aérodynamiques et les contraintes mécaniques (cordes, ficelles et autres attaches).

[inviteb68e4ddb]

Oui, c'est vrai, ce que je cherche à prouver se limite en fait à une plaque circulaire fixée en son centre (modèle des palmes d'une éoliennes).

Dans ce cas, c'est vrai : je l'ai vu écrit dans un site traitant des éoliennes. Le problème, c'est qu'il n'en disent pas davantage, ce qu'on ne peut pas se permettre dans un TPE.

En fait l'orientation résulte d'un compromis entre les forces aérodynamiques et les contraintes mécaniques (cordes, ficelles et autres attaches).

Et quelles sont ces forces aérodynamiques ?

[Jeanpaul]

Et quelles sont ces forces aérodynamiques ?

La résistance de l'air pardi !

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteb68e4ddb]

Mais quelle son point d'application et sa direction, et si on ne peut pas le modéliser pas une seule force, quel est son champ vectoriel ?

[Jeanpaul]

Si la surface est plane et le vent pas trop loin de la perpendiculaire on peut dire que la force est perpendiculaire au plan et que son intensité vaut approximativement 1/2 * masse volumique de l'air * surface * (vitesse du vent)²
mais si la surface est différente, par exemple une sphère, ça se complique beaucoup car il faut calculer l'écoulement de l'air autour de la surface.

[inviteb68e4ddb]

Voilà, j'ai trouvé ma source :

On dit que l'éolienne a une erreur d'orientation si le rotor n'est pas orienté perpendiculairement à la direction du vent. Une erreur d'orientation implique qu'une moindre partie de l'énergie du vent traverse la surface balayée par le rotor. (Ceux qui ont une bonne connaissance des mathématiques sauront que cette proportion diminue avec le cosinus de l'erreur d'orientation.)
Si cela était le seul résultat d'une erreur d'orientation, le dispositif d'orientation serait une manière excellente de contrôler la puissance d'entrée au rotor de l'éolienne. Cependant, la partie du rotor la plus proche de la direction du vent sera exposée à une plus grande force (couple de flexion) que le reste du rotor. D'une part, cela signifie que le rotor tendra à s'orienter automatiquement face au vent, qu'il s'agisse d'une éolienne face au vent ou d'une éolienne sous le vent.

(http://www.windpower.org/fr/tour/wtrb/yaw.htm)

En fait, c'est l'affirmation que fait l'auteur : "la partie du rotor la plus proche de la direction du vent sera exposée à une plus grande force" qui ne me paraît pas évidente. A première vue, à moins que l'éolienne soit complètement perpendiculaire au vent, deux pales opposées subissent la même force, même si l'une est à l'avant et l'autre à l'arrière. A moins que les pales ne fassent pas partie du "rotor". Dans ce cas, je n'ai vraiment rien compris.

[Jeanpaul]

Il s'agit apparemment d'un dispositif commandé et pas d'une orientation spontanée. Dès lors, tout est possible.

[inviteb68e4ddb]

Donc le fait qu'un éolienne s'oriente automatiquement face au vent sans dispositif d'orientation est faux.

[Ouk A Passi]

Bonjour,

Dans les films de cow-boys (= garçons-vachers), nous pouvons souvent apercevoir une éolienne (grinçante)
dans un état de délabrement plus ou moins avancé.

Comme les girouettes, ce type d'éolienne est muni d'un empennage lui permettant de s'orienter
dans la direction du vent.

[inviteb68e4ddb]

Oui, c'est d'ailleur bizare que tout le monde ait la même vision de ces éolienne...

[invite28a2a80a]

Bonjour, dans le cadre de notre TPE, nous devons fabriquer une éolienne miniature, capable de produire de l'electricité. Nous voudrions connaitre le montage le plus simple possible necesaire à cet effet, et en particulier le montage electrique. Merci d'avance.

[invitebfdd5bf8]

Salut,

En fait, c'est l'affirmation que fait l'auteur : "la partie du rotor la plus proche de la direction du vent sera exposée à une plus grande force" qui ne me paraît pas évidente

Voici un petit schéma qui j'espère va t'éclairer. Les flèches noires représentent le vent, les flèches oranges les forces appliqée sur le disque. L'orientation du rotor est contrôlée mécaniquement pour les grandes éoliennes, sinon elles ne seraient pas stables.

[img=http://img265.imageshack.us/img265/1808/yawym0.th.gif]

[invitebfdd5bf8]

Re,

Bon, je vais compléter un peu, parceque je n'étais pas très clair. Si on suppose un vent avec une vitesse horizontale uniforme et qui change très lentement de direction, et bien le rotor va s'orienter de lui même.

Mais c'est un cas idéal. En réalité le vent oscille très rapidement, et le rotor ne pourrait pas se stabiliser. Ca ne veut pas dire qu'il tournerait sur lui même comme une girouette, mais qu'il faudrait alors le placer "sous le vent", comme cette éolienne ci (celle de droite):

http://www.dg.history.vt.edu/images/image2_test.gif

afin de stabiliser ce mouvement d'orientation par rapport au vent.

Et puis attention à ne pas confondre le fonctionnement des éoliennes de pompage, et celui des éoliennes tripales modernes, qui fonctionnent à la manière des ailes d'avion.

[verdifre]

bonsoir,
dans le cas d'une eolienne non perpendiculaire au vent, les phenomenes qui se passent sont complexes.
vous pouvez trouver pas mal de theorie à ce sujet sur le site NREL
http://www.nrel.gov/wind/
ils ont developpé des outils de calcul pour ces cas de figure
voire YAWDYN sur le même site.

il faut pour en avoir une idée modeliser vectoriellement la vitesse relative entre une "section" de pale (un profil) et la masse d'air.
cette vitesse realtive va permettre de determiner à quel angle d'incidence le profil travaille, cet angle va permettre de determiner quels sont les efforts sur cette section de pale.
Pour simplifier tout cela, il faut rajouter un certain nombre de "details" annexes.
En conditions normales, le meilleur rendement pour une eolienne est obtenu quand le rapport entre la vitesse du vent et la vitesse du bout de pale sur sa trajectoire est sensiblement de 7. Ce rapport évolue de 7 (en bout de pale) à 0 (sur le moyeux)
les caracteristiques d'un profil de pale ne sont pas des fonctions "simples" de l'angle d'incidence et presentent des variations brusques (le decrochage).

bref, beaucoup de maths pour modeliser cela ainsi que beaucoup de calcul numerique pour avoir un resultat.

cordialement
fred

[verdifre]

bonsoir,

Bonjour, dans le cadre de notre TPE, nous devons fabriquer une éolienne miniature, capable de produire de l'electricité. Nous voudrions connaitre le montage le plus simple possible necesaire à cet effet, et en particulier le montage electrique. Merci d'avance.

si vous desirez faire une "vraie" eolienne, je ne peux que vous conseiller
http://www.scoraigwind.com/

pour des choses un peu plus petites vous pouvez vous inspirer de la Parris-dunn
http://www.geocities.com/jdd47/
un beau petit engin, tous les brevets le concernant sont dans le domaine public et accessibles sur freepatents
l'histoire de cette eolienne produite à plusieures dizaines de milliers d'exemplaires et de sa disparition est aussi interessante.

au passage, ces deux eoliennes utilisent des systemes differents mettant exprés le rotor hors du vent pour limiter la puissance .

fred