Atténuer la trainée des avions pour des vols plus économiques et propres
En vol, plus la surface de l’avion exposée à des flux d’air inverses est étendue, plus la trainée est importante. La rationalisation et l’utilisation de nouveaux matériaux lisses permettent à l’avion de fendre l’air plus facilement. Les ingénieurs ont développé un processus de fabrication visant à réduire davantage la trainée. Les chercheurs du projet HyperDrill financé par l’UE ont conçu une machine, illustrée ci-dessus, qui perce de petits trous dans les grandes plaques en titane qui composent le corps de l’avion. HyperDrill a été soutenu par le programme Large Passenger Aircraft Clean Sky 2.
De petits trous dans de grande plaques: défis techniques et contrôles de la qualité
«Le principal objectif du projet HyperDrill était de concevoir, fabriquer, assembler et tester un prototype de machine pour le micro-perçage de grandes feuilles de titane à des taux de perçage supérieur à 300 trous/seconde», souligne Carlos Soriano, coordinateur du projet et directeur de la technologie laser au sein de la société Tekniker, l’hôte du projet. Il n’a pas été simple de développer et de perfectionner le processus industriel visant à produire les feuilles perforées avec la précision, l’uniformité et la rapidité nécessaires. «Le prototype de machine devait être capable de générer des millions de petits trous (d’environ 0,1 mm de diamètre) sur des plaques de titanes de 1 mm d’épaisseur, et sur une surface de travail de 5 x 2 m2 maximum», explique Carlos Soriano. Le processus et la technologie nécessaire devaient être optimisés pour fournir constamment des produits de la qualité souhaitée. «L’un des plus grand défis a été de maintenir le même diamètre de perçage et un espacement uniforme entre les trous, en déviant le moins possible, dans la mesure où les panneaux en titane se déforment légèrement durant le processus de micro-perçage, principalement en raison du stress thermique», souligne Carlos Soriano. À l’aide de son prototype, l’équipe a minimisé le nombre de trous obstrués de l’ordre de moins de 0,02 %, soit 2 occurrences sur un total conséquent de 10 000 trous. La précision en termes de diamètre est également impressionnante, affichant une déviation inférieure à 5 µm. En outre, la machine prend en charge différentes distributions de micro-trous, comme l’alignement carré, ainsi que différents espacements entre ces configurations. La machine est équipée de plusieurs capteurs et systèmes de contrôle pour surveiller le traitement des panneaux et d’assurer la conformité. Carlos Soriano poursuit: «En fait, si quelque chose se passe mal, par exemple, si le diamètre des trous commence à dévier de la valeur nominale, la machine est capable de s’arrêter, afin que l’opérateur puisse vérifier où se trouve l’erreur, ajuster les paramètres nécessaires, puis reprendre le processus où il s’est arrêté».
Grands panneaux d’aspiration par contrôle d’écoulement laminaire hybride
Les panneaux de titane microperforés formeront principalement les bords d’attaque des ailes et des stabilisateurs pour les futurs avions de ligne afin de mettre en œuvre ce fameux contrôle d’écoulement laminaire hybride (HLFC). À l’aide d’une chambre d’aspiration intégrée à la structure de l’aile de l’avion, cette technique permet d’aspirer la couche limite de l’air turbulent généré au contact des surfaces aérodynamiques de l’avion lors du vol, à travers l’enveloppe microperforée. Il en résulte un écoulement laminaire plus stable, qui réduit ainsi la trainée de l’avion et donc sa consommation de carburant. «En effet, la technologie HLFC permet d’atteindre une réduction importante de l’ordre de 10 % de la consommation de carburant pour les avions de transport civil», souligne Carlos Soriano, «ce qui à son tour réduit les émissions de CO2 et de produits polluants.» Il s’agit d’un premier prototype et nous envisageons d’autres améliorations prometteuses, notamment l’intégration de nouvelles sources laser pour améliorer la finition de surface.
Mots‑clés
HyperDrill, trous, avion, trainée, prototype, consommation de carburant, HLFC, panneau en titane, contrôle d’écoulement laminaire hybride, laser
