Changer notre façon de voler
Le décollage d'un avion sur le tarmac est une image famillière pour les voyageurs. En fait, c'est l'image qui subsiste dans nos esprits depuis une cinquantaine d'années. Alors que d'importants progrès ont été réalisés dans les domaines de l'économie de carburant, la conception de moteur et les techniques de réduction du bruit, la forme de l'avion, un tube ailé, et les matériaux utilisés pour sa construction, sont les mêmes depuis plusieurs années. Mais ce n'est désormais plus le cas. Comme de nombreux produits qui ont évolué ces dernières années, les téléphones par exemple, la conception des avions connaît également une évolution. Aujourd'hui plus que jamais, les chercheurs repoussent les limites de la science du vol pour rendre les avions plus efficaces, moins bruyants et moins polluants. Les futurs avions devraient être plus efficaces et plus fiables. Mais comment y arriver et qui sont les acteurs impliqués dans cette modification de la façon dont nous voyageons? L'idée reçue est que la majorité des progrès nous viennent des fabricants d'avions, mais en fait, c'est plus compliqué que cela. Le projet WASIS, qui est financé par l'UE, en est un bon exemple. Il se penche sur la structure du fuselage composite sur la base du concept de raidissement du treillis (en couche), qui améliorera le développement de joints de structure pour le fuselage. Le concept général du projet se concentre sur la satisfaction des exigences environnementales et sécuritaires strictes en plus de la rentabilité des frais de conception et de fabrication. L'approche du treillis permet aux composites d'obtenir un meilleur comportement mécanique plus efficace, réduisant le poids et optimisant la performance de structures. Elle sera associée à des éléments d'assemblage en demi-boucle et micro-articulation pour faciliter la fabrication de structures en treillis non régulières et réduire le poids de l'avion. L'objectif ultime du projet est de développer des avions de taille moyenne. La majorité des fabricants se concentrent sur la création d'avions plus grands et permettant 20% de plus d'efficacité, la réalité est que le monde est saturé de grands avions. L'agrandissement des aéroports est limité par la capacité aérienne et l'espace environnant. Les prix du carburant ne constituent pas le seul nuage à l'horizon. Les taxes et régulations supplémentaires, concernant l'environnement, notamment, la pollution sonore, les émissions de CO2 et de NOx, mettent une charge supplémentaire sur les compagnies aériennes, qui recherchent des occasions de réduire les coûts dans leur bilan. Ainsi, les compagnies aériennes essaient de réduire les redevances d'atterrissage aux aéroports, parfois en menaçant de détourner le trafic vers d'autres aéroports. La réalité est que l'avenir appartient aux avions de taille moyenne qui peuvent desservir les petits aéroports à moindres coûts. Les aéroports secondaires ou plus petits offrent des services spécialisés aux compagnies low-cost, mais également aux autres clients, comme l'aviation d'affaires, l'aviation générale, militaire ou le transport aérien de marchandises, qui connaîtront une certaine croissance. C'est exactement ce que visent ces avions de taille moyenne. Le fuselage est la section principale du corps de l'avion où sont contenus l'équipage et les passagers ou les marchandises. Ces dernières années, les avions modernes ont été conçus à partir d'aluminium, bien que récemment, certains avions ont été réalisés à base de matériaux composites, comme le Boeing 787 et l'Airbus A350. Les structures des ailes et du fuselage sont réalisées principalement à base de polymère à fibre de carbone renforcée. Le projet WASIS évalue actuellement la sécurité de ce matériau par la simulation et les essais virtuels, dès les premières étapes de la conception. La conception innovante du fuselage sera ensuite associée à une technologie très productive d'enroulement de filaments pour réduire le temps et les coûts de fabrication. Des prototypes seront fabriqués pour prouver que ces concepts sont bien compatibles. La mise à l'essai des différents prototypes sera appliquée pour démontrer l'approche en couche. Lors de sa première année, WASIS a exploité l'approche de couches structurelles et a conçu une section de fuselage sur la base de la Piaggio P180. Le prototype de fuselage a été conçu pour supporter les mêmes charges que sa structure de référence en métal. L'adaptation de la taille a d'abord été réalisée analytiquement, puis par des simulations dynamiques et statiques. Elles ont été menées pour déterminer la rigidité, les indexes défectueux et le comportement sous différentes situations d'impact (comme les situations d'atterrisage d'urgence, les dégâts causés par la grêle ou les impacts à faible vitesse). Pendant la première année, des pièces de démonstrations ont été conçues et fabriquées par les partenaires du consortium pour démontrer la faisabilité des processus de fabrication (l'enroulement de filaments et la mise en place de bandes) WASIS est actuellement à la fin de sa deuxième année. Il s'est notamment concentré sur l'amélioration de la conception du fuselage, et l'équipe du projet a démarré l'analyse sur les micro-articulations et les bobines qui seront utilisées sur la structure pour éviter de couper les fibres et améliorer la charge de transfert du cadre métallique à la section composite. La conception et les premiers essais de fabrication des cadres d'attache, qui constitueront l'interface métallique entre le fuselage composite et le reste de l'avion, doivent encore être discutés. Plusieurs prototypes miniaturisés ont été conçus à l'aide du comportement de flambement comme critère de référence. Deux prototypes de différentes tailles ont été conçus: un fera un mètre de diamètre, et l'autre 50 cm de diamètre. Différents tests d'évaluation de fabrication ont été menés pour s'assurer que tous les concepts peuvent inclure la production de ces prototypes. De plus, différents tests ont été menés pour optimiser les matériaux de mandrin et la performance. Dans la dernière année et demie du programme, WASIS réalisera des prototypes et démarrera une campagne d'essai sur base de l'approche modulaire, pour démontrer la performance de la structure et valider la conception développée. Le résultat final sera un avion pressurisé de taille moyenne dont le diamètre ne dépassera pas 3 mètres.Pour plus d'informations, consulter: WASIS http://www.wasis.eu/(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)