GuidEnR > Des progrès incrémentaux sur la structure de l’avion  
LE BLOG GUIDENR
Conseils pratiques

 

 Actualités :  


LES CLES DU DIMENSIONNEMENT

Ouvrages en commande
Photovoltaïque autonome

Photovoltaïque raccordé au réseau




Des progrès incrémentaux sur la structure de l’avion


L’objectif est de réduire la résistance à l’avancement de l’avion, c’est-à-dire de diminuer la force de traînée s’exerçant sur lui. Cela peut être fait en allégeant l’appareil ou bien en améliorant son aérodynamisme (programme de recherche « avion composite » du CORAC mené par Airbus).



Allègement de l’appareil


À court terme, l’utilisation massive de matériaux composites à matrice organique renforcée par des fibres de carbone tressées (CFRP, déjà présent sur les gros porteurs d’Airbus et de Boeing) pourra permettre d’alléger de quelques centaines de kilogrammes un avion long courrier. Mais le CFRP devrait rapidement céder la place à des matériaux plus légers encore et plus résistants à la fatigue : « Glare » (GLAss REinforced Aluminium), un matériau à base d’aluminium renforcé par des fibres de verre ; et « CentrAl » (Central Reinforced Aluminium), un matériau composite également à base d’aluminium. Ces matériaux, pouvant être utilisés sur des gammes d’appareils existants, permettraient d’alléger l’avion (dont le moteur : concept de downsizing) d’environ 900 kg et de réduire la consommation de l’appareil de 1 % à 3 % pour les structures primaires (moteur, fuselage, voilure) et de 1 % pour les structures secondaires (autres). Cela permettrait d’économiser environ 160 tonnes de kérosène par an et par avion, soit un gain économique d’environ 115 000 euros par an et par avion (réduction de consommation) et une diminution des émissions de CO2 de l’ordre de 480 tonnes par avion et par an. On peut également envisager à court terme l’utilisation de matériaux composites céramiques pour les parties chaudes du moteur.

Aérodynamisme amélioré


À court terme (optimisation), des progrès marginaux peuvent être réalisés sur l’intégration aérodynamique des moteurs avec l’ajout de caches (réduction de consommation de carburant de 1-2 %), sur la répartition des charges de l’avion qui permet de modifier l’angle de pénétration dans l’air (influant ainsi sur la traînée et la portance de l’appareil : 1-5 %) et sur la voilure grâce à l’ajout de winglets (3-6 %).

Winglets


Extrémité recourbée d’aile d’un avion qui permet de réduire les tourbillons en bout d’ailes engendrés par le déplacement de l’avion (pour ainsi en réduire la traînée).


À moyen terme (nouvelle flotte), la structure de la voilure pourrait être modifiée pour pouvoir bénéficier à sa surface d’un flux d’air laminaire : naturel (5-10 % de réduction de la consommation de carburant) ou hybride (10-15 %).

Flux naturel laminaire


Si l’écoulement n’est pas laminaire, il est turbulent, la portance est alors moins bonne et la résistance à l’avancement plus importante. L’avion consomme davantage de carburant.

La technologie du « flux naturel laminaire » consiste à augmenter la surface de l’appareil où le flux est laminaire, pour améliorer la portance et réduire la traînée. Elle diffère de la technologie de « flux hybride laminaire » qui consiste, via des artifices modifiant l’aérodynamisme de l’appareil, à transformer un flux turbulent en un flux laminaire. « Naturellement », le flux d’air ne devrait donc pas être laminaire, contrairement au premier cas.


À plus long terme (horizon 2030), on pourrait repenser l’architecture des ailes de l’avion pour maximiser le ratio portance/traînée. Cela conduirait au développement d’un avion de type Hybrid Wing Body ou Truss-braced Wing (aile renforcée par des structures triangulaires), tous deux dérivés du concept ancien d’aile volante, et permettant respectivement de réduire la consommation de l’appareil de 10 % à 25 % et 10 % à 15 %. Ce type d’avion risque toutefois de rencontrer des problèmes d’acceptabilité sociale : les passagers seront davantage soumis au roulis de l’appareil (car excentrés de l’axe), et leur visibilité sur l’extérieur sera réduite.

Avion de type Hybrid Wing Body Ou Blended Wing Body (BWB)


Avion qui combine fuselage classique (cylindrique) et ailes triangulaires.


On notera également qu’outre son influence sur la consommation de l’avion, la traînée aérodynamique est également génératrice de bruit, qu’il est possible de limiter par l’ajout de masques, notamment au niveau de l’empennage et au niveau des « protubérances » : les atterrisseurs et les hypersustentateurs. Les gains attendus sont de l’ordre de 5 décibels (dB) pour l’ensemble atterrisseurs/hypersustentateurs.

On notera également que la traînée de condensation provoquée par la vapeur d’eau ou les suies (provenant de la combustion) aurait quant à elle un impact fort sur le changement climatique du fait de la formation de cirrus qu’elle engendre dans des conditions météorologiques particulières (augmentation de l’effet de serre).
Les cirrus induits par les traînées d’avions augmenteraient le forçage radiatif de l’ordre de 0,033 W/m² (contre 0,028 W/m² pour le CO2). Des recherches sont en cours pour confirmer ces estimations.