Présentation
Auteur(s)
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Philippe LECONTE : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers et de l’École Supérieure des Techniques Aérospatiales - Ingénieur recherche et essais en aéroélasticitéOffice national d’études et de recherches aérospatiales (ONERA)
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Marc RAPIN : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers - Ingénieur d’études en aéroélasticitéOffice national d’études et de recherches aérospatiales (ONERA)
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Edmond SZECHENYI : Directeur de l’Institut AérotechniqueConservatoire national des arts et métiers (CNAM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les éoliennes sont une forme très ancienne d’exploitation du vent. Toutefois, les années 1970-2000 ont vu une importante évolution à la fois de leur utilisation de par le monde et de leur conception. Cet article s’attache principalement à décrire le principe de fonctionnement des machines à axe horizontal qui sont maintenant les plus répandues.
Le lecteur se reportera utilement aux articles de ce traité sur les Énergies éoliennes et les Hélices aériennes.
Les éoliennes ont bénéficié des progrès technologiques et scientifiques qui ont été apportés dans différents domaines de l’ingénieur : aérodynamique, structure, matériaux, électrotechnique, etc. (figure 1). Les principes qui gouvernent les rotors de ces machines s’apparentent ou sont issus de ceux des hélices et rotors d’hélicoptère. Cet article permet de donner une vision globale des aspects liés à l’éolien, d’appréhender, sans être exhaustif, les thématiques impliquées et ses spécificités.
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VERSIONS
- Version archivée 2 de avr. 2009 par Marc RAPIN, Philippe LECONTE
- Version archivée 3 de janv. 2017 par Marc RAPIN, Philippe LECONTE
- Version courante de août 2024 par Marc RAPIN
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Conception du rotor
4.1 Type de moyeu
L’évolution des conceptions de moyeux a suivi la nécessité de réduire les charges induites par la structure tournante sur cet élément et sur la tour (cf. § 3.3).
Trois grandes classes de moyeu dominent dans la conception des moyeux associés au rotor d’une éolienne.
Les moyeux avec pales encastrées ont la conception la plus simple et sont utilisés pour l’ensemble des machines de moyenne et grande puissance. Cette conception n’autorise pas de mouvement des pales (fixées généralement au moyeu par boulonnage) autre que leur flexion naturelle ou éventuellement la variation pilotée du pas 4.3. L’ensemble des vibrations générées par le rotor est transmis au moyeu.
Pour réduire ces efforts et moments, et en particulier, l’important moment de battement, il est donc nécessaire d’introduire des degrés de liberté :
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les moyeux en balancier pour lesquels les deux pales rigides sont reliées entre elles et l’ensemble peut osciller autour d’axe perpendiculaire à l’axe de rotation. Cela permet d’annuler le moment de battement.
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les moyeux articulés dont les pales possèdent des degrés de liberté en battement et traînée. Les moments associés n’existent plus. En fonctionnement, le rotor s’équilibre grâce aux articulations de chaque pale. La complexité de ces articulations (nombre de pièces, coût) est la limite de cette technique (voir les techniques appliquées aux hélicoptères).
Ces deux derniers types de moyeux ne sont utilisés que pour les petites machines et quelques éoliennes de moyenne puissance. La tendance est de conserver un moyeu rigide et de diminuer les contraintes résultantes. Soit les pales restent rigides et l’on intercale un élément (composite) de déformation,...
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