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Light weight airframe structures through combination with high performance materials

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Léger comme une plume: l’aéronef du futur

Un projet financé par l’UE ouvre la voie à des structures de cellules d’aéronef plus fiables, efficaces et légères.

Transports et Mobilité

L’entreprise commune Clean Sky 2 cherche à développer des technologies qui réduiront l’impact environnemental de l’aviation grâce à des appareils plus propres et silencieux, ainsi qu’à renforcer et à maintenir la compétitivité et les capacités de mobilité de l’Europe dans ce domaine. Concevoir des pièces de cellule légères, où les matériaux existants sont combinés à de nouveaux matériaux à haute performance, représente un pas supplémentaire vers ces objectifs. En effet, la réduction du poids d’un avion est directement liée à son efficacité, se traduisant par une réduction de la consommation de carburant, des besoins en énergie et des niveaux d’émissions de CO2.

En quête de légèreté

C’est dans cette optique que le projet LightAir, financé par l’UE, s’est efforcé de valider de nouveaux matériaux à haute performance pour les structures des cellules d’hélicoptères en adoptant une approche modulaire. Plus précisément, le projet et ses partenaires, Airbus Helicopters (le responsable de ce thème de recherche), Ikerlan, Compoxi et AMADE, ont procédé à une caractérisation complète des performances de trois nouveaux matériaux destinés aux aéronefs – des adhésifs, des composites et des nids d’abeille – dans le but d’atteindre les limites de conception admissibles en menant une campagne d’essais. «Le projet a couvert trois niveaux d’essais différents, allant du niveau des éprouvettes, au bas de la pyramide, aux tests des éléments et aux détails substructuraux, aux niveaux supérieurs», souligne Jordi Renart, coordinateur du projet. Au sujet des essais, Jordi Renart explique: «Au cours des tests de niveau 1, les éprouvettes ont été examinées à différentes températures et conditions d’humidité. Les tests de niveau 2 se sont concentrés sur l’étude des propriétés matérielles des panneaux sandwichs en nid d’abeille.» Il s’agissait notamment des tests de résistance à l’écrasement des bords, à la flexion à plat, à la compression après impact et au pelage par cylindre rotatif. «Tous ces essais concernent des propriétés essentielles des matériaux, mais l’essai de pelage par cylindre rotatif revêtait une importance toute particulière car il détermine la résistance mécanique de l’adhésion de la peau au nid d’abeilles sous une charge de mode I, ce qui constitue l’un des modèles de défaillance les plus critiques dans une structure sandwich.» Les essais de niveau 3 ont porté sur l’une des étapes majeures du projet: un panneau sandwich incurvé à grande échelle.

Des résultats probants

Les travaux du projet ont permis de comprendre en détail le comportement mécanique des nouveaux matériaux évalués. «Les propriétés des nouveaux matériaux ont révélé des caractéristiques très intéressantes dans certaines conditions de charge et de température, qui sont considérées comme un bon indicateur vis-à-vis d’un objectif potentiel de réduction de poids et d’optimisation structurelle par rapport aux matériaux de base», souligne Jordi Renart. Les travaux expérimentaux de LightAir, associés à la détermination des limites de conception admissibles, fourniront des données sur les matériaux qui pourront être utilisées pour l’optimisation et la réduction du poids des prochains modèles d’avions. Les travaux du projet ouvrent donc la voie à la conception de structures de cellules plus fiables, plus efficaces et plus légères. «À terme, cela permettra d’atteindre les objectifs chiffrés consistant à diminuer le poids des pièces générales de la cellule de 15 %, à économiser environ 1 800 litres de carburant par hélicoptère et par an et à réduire les émissions de CO2 d’environ 5 900 kg par hélicoptère et par an, pour la prochaine génération d’aéronefs», rapporte Jordi Renart. Il est prévu que certains éléments de recherche issus du projet soient ensuite diffusés. Ces résultats font actuellement l’objet d’un examen approfondi et, dans les mois à venir, ils seront disponibles dans des articles publiés dans des revues à comité de lecture. «Le responsable du thème de recherche devra également reprendre les résultats du projet et les replacer dans le contexte du programme RACER. Il s’agit probablement de la plus difficile des étapes qui nous attendent», conclut Jordi Renart.

Mots‑clés

LightAir, aéronef, nouveaux matériaux, réduction du poids, structures légères de cellules d’aéronefs, limites de conception admissibles

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