Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les enjeux et défis posés par le concept ultime d’aéronef, constitué d’une aile sans fuselage ni empennage, sont ici présentés. Cette formule d'aéronef offre des avantages pour ce qui est des performances, du volume utile, de l'aménagement, des technologies optimisées et de la mise en œuvre des technologies de développement durable. Ces perspectives ne doivent pas cacher les écueils réels concernant la dynamique du vol, les ouvertures (vision et évacuation des passagers) de coques pressurisées complexes et le pilotage. Cette architecture demeure une éventualité plausible - voire probable - pour l’avion du futur, inaugurant même une nouvelle conception du vol passager. Ces développements peuvent avoir un impact majeur pour le transport aérien du futur, mais aussi des applications terrestres potentiellement importantes.
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Yves GOURINAT : Professeur de mécanique des structures Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE - SUPAERO), Toulouse, France
INTRODUCTION
Depuis un siècle, les avions civils ont adopté une architecture commune, optimisée dans un certain contexte. Cette conception « classique » répond parfaitement aux trois missions dévolues à un aéronef, à savoir : créer de la portance (voler !), emporter une charge utile (transporter) et contrôler la dynamique du vol (piloter). C’est ainsi que chacun de nos avions assument ces trois missions de manière cartésienne avec respectivement leur voilure, leur fuselage et leurs empennages.
Cette architecture présente précisément l’avantage de spécialiser les différents éléments, et d’offrir à la fois une possibilité de certification segmentée et une organisation industrielle par lots (« work packages ») très clairement attribués ; par exemple, un partenaire réalise la voilure, un autre réalise l’empennage horizontal, un troisième la dérive, et d’autres industriels se partagent le fuselage et l’assemblage final.
L’objectif de cet article est de synthétiser les perspectives actuelles offertes par une architecture profondément différente : le « tout en un » de l’aile volante dans le nouveau contexte du développement durable et du transport aérien. Cette formule présente des avantages certains en matière de performance et d’intégration mécanique et de systèmes, mais recèle aussi un certain nombre de défis techniques et réglementaires que nous allons explorer.
L’aile volante exigera ainsi un certain nombre d’évolutions en matière de contrôle, de gestion des volumes et d’aménagements internes et aéroportuaires. Elle nécessite également une conception intégrée « dès le premier coup de crayon » et une vision globale, toutes le fonctions devenant intrinsèquement interdépendantes les unes des autres. Mais ces défis sont précisément porteurs de progrès, et ouvrent en particulier une voie vers l’avion à très faible empreinte carbone.
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Conclusion – un nouveau paradigme
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2. Caractéristiques et enjeux de l’aile volante
2.1 Structure
Un avantage majeur de l’aile volante est l’homogénéité de la répartition des charges en envergure. En effet, sur un avion classique, la présence de masses concentrées (essentiellement le fuselage et les installations motrices) induit des variations brutales de l’effort tranchant dans l’aile. Dans une aile volante, si la charge utile et la propulsion sont réparties dans la voilure, le moment de flexion est bien mieux lissé. Sur la figure 14 les portances sont représentées en vert et les principaux poids en rouge.
HAUT DE PAGE2.1.2 Dimensionnement de la voilure
L’intérêt de cette meilleure répartition est double : non seulement les moments de flexion sont notablement minimisés, mais l’épaisseur de voilure étant majorée, l’efficacité structurale est fortement augmentée. Compte tenu de la nécessité de placer des raidisseurs, et des différentes exigences technologiques, on peut estimer qu’à masse totale constante, le dimensionnement fondamental en flexion induit un gain théorique de l’ordre de 40 % en masse structurale en faveur de l’aile volante, ce qui est exceptionnel et justifie – en soi – que l’on s’intéresse à cette architecture.
HAUT DE PAGE
Il faut toutefois nuancer l’argument précédent. En effet, si la partie centrale doit être pressurisée, il est clair que la section cylindrique est bien plus avantageuse que la forme d’un profil d’aile, en ce qui concerne la pressurisation. Cependant, on peut imaginer un habitacle central optimisé qui réduit cet inconvénient, délimité par des membranes elliptiques.
La figure 15 donne une première idée de cette configuration, qu’il faudra travailler dans...
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Caractéristiques et enjeux de l’aile volante
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TORENBEEK (E.) - Advanced Aircraft Design: Conceptual Design, Technology and Optimization of Subsonic Civil Airplanes, - Wiley, ISBN 978-1118568118, 436 pp. (2013).
-
(2) - RAYMER (D.L.) - Aircraft Design: A Conceptual Approach, - American Institute of Aeronautics & Astronautics, ISBN 978-1624104909, 1062 pp. (2018).
-
(3) - FRANZ (K.) et al - Life Cycle Engineering in Preliminary Aircraft Design, - In Leveraging Technology for a Sustainable World, Springer, ISBN 978-3642290688.
-
(4) - ACADÉMIE DE L’AIR ET DE L’ESPACE - Comment volerons-nous en 2050 ? - Dossier n° 38. https://academieairespace.com/publications/les-dossiers/dossier-n-38-comment-volerons-nous-en-2050/
-
(5) - MEGSON (T.H.G.) - Aircraft structures for engineering students, - Elsevier, ISBN 978-0081009147, 876 pp. (2012).
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