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Comprehensive Aerodynamic-Aeroacoustic Analysis of a Trimmed Compound Helicopter

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Des performances améliorées pour la nouvelle génération d’hélicoptères

Une initiative financée par l’UE a permis de mettre au point une technologie de simulation informatique complète permettant d’identifier les problèmes potentiels dès le début du développement d’un nouveau type de configuration de giravion.

Transports et Mobilité

D’importants obstacles ralentissent parfois le développement de nouveaux hélicoptères au moment du vol d’essai initial ou de la campagne d’essai consécutive. Selon la gravité du problème, des modifications mineures, voire majeures peuvent s’avérer nécessaires pour garantir une configuration sûre, économique, rapide et silencieuse. Cela peut entraîner des retards coûteux, surtout lorsque ces modifications surviennent à un stade avancé du processus de développement. Le projet CA3TCH, financé par l’UE, a mis en place une technologie de simulation avancée pour prédire le comportement aérodynamique et aéroacoustique de configurations de giravion radicalement nouvelles, comme le Rapid and Cost Effective Rotorcraft (RACER) développé par Airbus Helicopters. «L’objectif consistait à reproduire la configuration complète de manière aussi réaliste que possible sur ordinateur, du point de vue aéromécanique et aéroacoustique», déclare Manuel Kessler, coordinateur de CA3TCH et chef du groupe de travail consacré aux hélicoptères et à l’aéroacoustique à l’Institut d’aérodynamique et de dynamique des gaz de l’Université de Stuttgart. Le RACER combine les spécificités d’un aéronef à décollage et atterrissage vertical (ADAV) et d’un avion à grande vitesse, ce qui lui permet d’opérer dans des zones éloignées et d’améliorer considérablement la rapidité et le rayon d’action des services d’urgence et de sauvetage. «Sa configuration comporte des ailes et des hélices pour assurer la propulsion, à la place d’un rotor de queue classique, et devrait atteindre des vitesses de croisière supérieures à 400 km/h», fait remarquer Manuel Kessler.

Plus rapide et plus polyvalent

Le RACER peut atteindre des vitesses plus élevées que les configurations classiques d’hélicoptère tout en conservant ses capacités d’ADAV, contrairement à un avion conventionnel. «Cela permet à ce type de giravion d’être utilisé pour des missions prolongées, où une vitesse élevée est aussi importante que de la flexibilité de l’ADAV sans infrastructure particulière, comme lors des opérations de sauvetage dans des zones reculées. Il y a toutefois certains défis à relever, notamment en ce qui concerne l’efficacité de la consommation d’énergie et la réduction du bruit», explique Manuel Kessler. Pour répondre à ces défis, les chercheurs ont perfectionné le développement de la technologie de simulation haute-fidélité requise pour appuyer la conception aérodynamique et le développement du RACER. L’objectif consistait à passer des estimations préliminaires à la conception et à l’analyse détaillées pour différents stades de vol, jusqu’au premier vol du giravion. L’approche développée, basée sur les «essais en vol numériques», permet d’examiner soigneusement les performances du giravion bien avant que les premiers éléments matériels ne voient le jour. «Nous intervenons au niveau de la simulation aérodynamique et aéroacoustique de l’ensemble du système», souligne Manuel Kessler. «Nous nous sommes d’abord concentrés sur la stabilité mécanique du vol et les interférences aérodynamiques du rotor et de l’aile. Différentes conditions de vol ont été prises en compte, notamment le vol latéral et le vol arrière en raison du large éventail d’applications envisagées pour le RACER. Des analyses plus poussées se sont ensuite concentrées sur l’optimisation du fonctionnement à haute vitesse et sur l’évaluation acoustique.»

Plus sûr et plus rentable

La simulation dynamique numérique des fluides haute-fidélité de la configuration complète avec l’ensemble des composants, tenant compte du couplage fluide-structure au niveau des pales élastiques du rotor, ajustées mécaniquement en vol stationnaire, a fourni des données précises et fiables sur le comportement attendu du RACER. «Cela a permis d’identifier les points critiques à un stade précoce et donc de diminuer considérablement les risques avant le premier vol, ce qui s’est finalement traduit par une réduction des temps de développement et, bien sûr, des coûts», conclut Manuel Kessler.

Mots‑clés

CA3TCH, hélicoptère, simulation, RACER, giravion, aéroacoustique, aérodynamique

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