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La structure des ailes d’un avion hybride en composite et en titane permet, avec des trous minuscules, un écoulement laminaire qui réduit la traînée

Les ailes d’avion à écoulement laminaire surclassent les conceptions classiques en termes de rapport portance/traînée des ailes – une façon de mesurer l’efficacité aérodynamique. Les concepteurs d’avions peuvent faire un pas de plus vers des performances optimales grâce à des conceptions à flux laminaire sur lesquelles on a collé une fine couche de titane, parsemée de trous minuscules, qui aide à stabiliser l’écoulement de l’air et à minimiser davantage la traînée.

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L’écoulement laminaire représente le Saint Graal en matière de conception des ailes, car il réduit la traînée et aide les ingénieurs aéronautiques à limiter l’impact environnemental de l’aviation. Dans ces conditions, l’air en contact avec l’aile se comporte comme un sandwich composé de plusieurs couches parallèles: les différentes couches adjacentes glissent les unes sur les autres, comme des cartes à jouer. Il est difficile de maintenir un écoulement laminaire sur l’intégralité de la surface d’une aile ou d’un empennage. Le moindre défaut de fabrication, une arête vive ou même l’impact d’un oiseau dans le revêtement de l’avion suffisent à interrompre l’écoulement laminaire et à augmenter la traînée. L’air commence à tourbillonner violemment dans un enchevêtrement de minuscules tourbillons qui finissent par augmenter la traînée et réduire l’efficacité.

De nouvelles conceptions d’aile en composite pour un vol plus efficace

«L’avenir d’un transport aérien durable impose l’adoption de nouveaux avions plus efficaces qui consomment moins de carburant. Les améliorations apportées à la conception des ailes peuvent accroître l’efficacité et réduire la pollution. La technologie hybride de contrôle de l’écoulement laminaire, qui modifie la pression de l’air au niveau du bord d’attaque de l’aile, peut améliorer considérablement l’efficacité aérodynamique et réduire la traînée sur l’aile», indique Wouter van den Brink, coordinateur du projet TICOAJO financé par l’UE. La technologie hybride de contrôle de l’écoulement laminaire est une méthode grâce à laquelle une partie de l’air s’écoulant autour d’un avion est aspirée par des microperforations dans son revêtement. Ces minuscules trous éliminent en permanence la couche limite dans laquelle la turbulence se développe, et créent un écoulement aérodynamique plus stable. Le projet TICOAJO a fait des progrès significatifs dans cette technologie hybride de contrôle de l’écoulement laminaire en étudiant l’adhésion entre la feuille mince de titane entièrement perforée d’une myriade de trous microscopiques et une partie de l’aile composite de l’avion. «Les surfaces perforées en titane sont de fines plaques métalliques qui recouvrent le bord d’attaque de l’aile et sont parsemées de minuscules trous (d’environ 0,1 mm de diamètre) qui modifient l’écoulement de l’air sur l’aile», explique Wouter van den Brink.

Créer une adhésion solide entre des matériaux très différents

Le projet a testé la façon dont différentes formulations d’adhésifs conservaient leur résistance au niveau de la liaison entre le matériau composite et le titane, afin d’éviter que les deux matériaux ne se séparent pendant le vol. «Que se passe-t-il lorsqu’un oiseau entre en collision avec l’aile, ou à quoi ressemblera la structure de l’aile au bout de 20 ans de vol?», s’interroge Wouter van den Brink. Les chercheurs ont tenté de répondre à ces questions en effectuant des analyses statiques, dynamiques et de fatigue sur le nouveau panneau de démonstration de l’aile à écoulement laminaire. Outre le fait de tester des formulations et des techniques d’adhésifs appropriées, l’équipe du projet a également appliqué des techniques de prétraitement avancées dans son démonstrateur. Le sablage, un procédé de traitement de surface visant à modifier les propriétés de surface en y projetant des particules abrasives tirées avec une buse à air comprimé, est l’une de ces techniques. Un autre procédé employé est le nettoyage à l’ozone produit par une lampe à rayonnement ultraviolet, très efficace pour éliminer divers contaminants des surfaces. Le projet garde le secret sur de nombreux détails, mais selon son coordinateur, les nouvelles combinaisons d’adhésifs et de solutions de prétraitement offrent de meilleures performances que les meilleures techniques disponibles actuellement.

Mots‑clés

TICOAJO, ailes d’avion, composite, traînée, adhésif, trous minuscules, contrôle de l’écoulement laminaire hybride, traitement de surface, sablage, microperforations, écoulement d’air

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