Comprendre comment les ailes des avions de ligne modernes réagissent aux charges dynamiques lorsqu’elles transportent du carburant
Les ailes des grands avions de ligne sont des structures très souples qui peuvent se déformer considérablement lorsque, par exemple, l’avion rencontre des turbulences atmosphériques ou des rafales. La plupart des ailes des aéronefs abritent également les réservoirs de carburant, dont le poids embarqué est généralement comparable à celui de leurs composants structurels. Les pratiques d’ingénierie standard pour la conception des ailes ne tiennent pas compte de l’effet du mouvement du carburant, ou ballottement, sur les charges de conception d’un aéronef, dans ce cas, la quantité maximale de déformation qu’une aile est conçue pour supporter. «Ce fait s’explique en grande partie par le manque de maturité des outils actuellement disponibles dans l’industrie», explique Francesco Gambioli, expert en charges et en aéroélasticité chez Airbus. Soutenu par le projet SLOWD, financé par l’UE, Francesco Gambioli coordonne un effort à l’échelle de l’industrie pour étudier l’utilisation du ballottement du carburant comme moyen de réduire les charges de conception sur les structures des aéronefs. Le projet a axé ses recherches sur les ailes des grands avions de transport civil de passagers, qui sont conçues pour résister aux charges dues aux rafales atmosphériques et aux turbulences, ainsi qu’aux impacts de l’atterrissage.
Dispositifs expérimentaux et outils numériques et analytiques innovants
L’objectif principal du projet était de quantifier la mesure dans laquelle le ballottement du liquide dans les réservoirs d’un aéronef affecte le comportement dynamique structurel d’un avion de ligne. Pour y parvenir, les chercheurs ont mis au point des dispositifs expérimentaux complétés par des outils numériques et analytiques innovants. «Le fait que ce sujet de recherche n’ait jamais été abordé auparavant a constitué un défi de taille, mais la combinaison des compétences et de l’expertise des membres du consortium a été tout à fait incroyable», ajoute Francesco Gambioli. «Elle a mené à l’application innovante de méthodes bien établies ainsi qu’à l’élaboration de techniques totalement inédites pour comprendre et modéliser le comportement physique complexe du ballottement dans les ailes d’un aéronef.»
Mieux comprendre le comportement dynamique des ailes
Parmi ces applications et méthodes figuraient des techniques numériques de pointe qui ont facilité la conception de la campagne expérimentale. Ces méthodes ont ensuite été utilisées pour construire un jumeau numérique sophistiqué de la configuration de l’aile. Le projet a également contribué à développer et évaluer différents modèles analytiques et d’ordre réduit pour simplifier les cadres numériques complexes, dont beaucoup peuvent être facilement intégrés dans un cadre de conception holistique. «Ces outils nous ont permis d’examiner le comportement dynamique des ailes et de découvrir comment les ailes des avions de ligne modernes réagissent aux charges dynamiques lorsqu’elles transportent du carburant», explique Francesco Gambioli.
Une application dans la conception des aéronefs
Les résultats de cette étude comprennent une base de données complète de mesures, qui sert de référence pour les méthodes numériques et analytiques du projet. Le projet a également produit plus de 100 articles, dont beaucoup ont été publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture prestigieuses. Selon Francesco Gambioli, la quantité et la qualité des recherches parlent d’elles-mêmes. «Nos travaux ne se limitent pas au monde universitaire mais, grâce à l’engagement des partenaires industriels du projet, ils peuvent être appliqués à la conception d’aéronefs», conclut-il. L’équipe du projet se prépare actuellement à lancer un test grandeur nature de ses solutions à l’aide d’un prototype de structure d’aile.
Mots‑clés
SLOWD, avion de ligne, ailes, carburant, ballottement du carburant, ballottement, aéronef, ailes d’aéronef, conception d’aéronefs, charges de conception, Airbus, jumeau numérique
