Un outil européen de conception perfectionné pour améliorer les systèmes de propulsion des avions
L’UE a exigé davantage d’efficacité de la part de l’industrie aéronautique. Les ingénieurs ont de nombreuses idées pour cela, notamment des architectures d’avion et des systèmes de propulsion radicalement nouveaux. Toutefois, les concepteurs doivent d’abord modéliser mathématiquement les changements qu’ils proposent. Dans l’aviation, tout projet requiert des capacités de modélisation et de simulation très sophistiquées, qui doivent être disponibles pendant toute sa durée. Un précédent projet de l’UE, VIVACE, a mis au point un logiciel de simulation standard européen destiné à ce type de modélisation et baptisé PROOSIS.
Concevoir des avions avec PROOSIS
Le projet DEMOS, financé par l’UE, s’est servi de PROOSIS pour concevoir et optimiser divers systèmes de propulsion avancés. DEMOS fait partie du volet technologique «Architecture d’aéronef innovante» de l’entreprise européenne Clean Sky 2, dans le cadre du programme Airframe. L’équipe a étudié deux nouveaux systèmes de propulsion. Le premier était un rotor ouvert contrarotatif (CROR). Il s’agit d’une hélice avec deux rangées de pales tournant dans des directions opposées. Les pales du rotor, en flèche, lui permettent de brasser un plus grand volume d’air que les rotors équivalents. Le rotor produit une plus grande poussée, mais utilise 25 à 30 % de carburant en moins que les autres systèmes comparables. Le second système de propulsion est une turbosoufflante à engrenages à très haut taux de dilution (UHBR pour «ultra-high bypass ratio»). Une turbosoufflante UHBR ressemble à un turboréacteur à double flux classique, mais avec un taux de dilution supérieur à 15. La nouvelle conception augmente la quantité d’air aspiré dans le moteur, ce qui améliore l’efficacité de la propulsion. Quand les ingénieurs entament un projet de conception inédit, ils se basent sur des hypothèses concernant les performances et les limites de cette technologie. Au fur et à mesure que l’analyse progresse, les hypothèses doivent parfois être mises à jour, ce qui génère une nouvelle itération de la conception. Alexios Alexiou, responsable technique du projet, explique: «Dans DEMOS, nous avons mis au point une approche en une seule phase, qui fait le lien entre les disciplines de conception que sont la thermodynamique et l’aérodynamique. Nous avons également amélioré le degré d’intégration pour permettre des évaluations multidisciplinaires au niveau de l’aéronef. Cela permet de repenser et d’optimiser constamment la conception de nouveaux systèmes de propulsion.»
Optimiser la conception
En utilisant le nouveau cadre de conception, l’équipe a optimisé une turbosoufflante à engrenages, afin de minimiser la quantité de carburant brûlé. Cela permet de réduire à la fois les émissions de CO2 et les frais de combustible. La conception qui en découle donne un taux de dilution plus élevé que celui des moteurs actuels. Par rapport aux turboréacteurs classiques, la conception optimale de DEMOS est susceptible de réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2 de 18 % par rapport aux moteurs datant d’une vingtaine d’années. DEMOS a également étudié les sous-technologies clés génériques permettant d’optimiser le CROR et l’UHBR pendant leur exploitation. Il s’agit notamment d’une tuyère secondaire à section variable, d’un mécanisme de contrôle du pas des pales et de boîtes de transmission de puissance. Empresarios Agrupados Internacional, la société propriétaire de PROOSIS, est également le partenaire principal du consortium DEMOS. Cette société publie des mises à jour annuelles, afin de maintenir l’outil à la fine pointe de la technologie. Les travaux menés dans le cadre de DEMOS ont permis d’ajouter plusieurs modules avancés au logiciel, offrant ainsi de nouvelles fonctionnalités de conception. «Les développements de DEMOS permettent désormais d’explorer la conception de “solutions spatiales”, ainsi que d’optimiser les performances de pratiquement tous les futurs dispositifs de propulsion», ajoute Alexios Alexiou. Le nouveau cadre est robuste, flexible, modulaire et extensible, ce qui garantit son applicabilité à long terme pour la conception d’applications de simulation. «Par conséquent, l’outil développé est une plateforme idéale pour un travail collaboratif portant sur l’évaluation de configurations de moteurs innovantes.» Suite au succès de DEMOS, le consortium a décroché un nouveau financement. Un nouveau projet, UTOPEA, permettra de développer des systèmes de propulsion UHBR et d’évaluer leur potentiel.
Mots‑clés
DEMOS, conception, système de propulsion, PROOSIS, aviation, modélisation, aérodynamique, conception d’avion
