Briser la glace: progrès dans les revêtements et la conception antigivrage de l’arrière du fuselage et de l’empennage
L’accumulation de glace sur les structures des avions présente de graves dangers, elle augmente le poids et la traînée, réduit l’efficacité et nuit à la sécurité, en particulier lors des vols par temps froid. La solution consiste à faire progresser les conceptions tolérantes à la formation de givre et les technologies antigivrage afin d’améliorer la conception globale des avions tout en maintenant la sécurité des vols, sans compromis. Dans cette optique, un consortium de dix partenaires a travaillé sur le projet IMPACT(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) financé par l’UE. L’objectif consistait à faire progresser les capacités de simulation de l’accrétion de la glace, de rechercher des revêtements réfractaires à la glace et d’optimiser la forme de l’arrière du fuselage et de l’empennage, en tenant compte des conditions aéro-structurelles, aéroélastiques et de formation de givre, pour finalement contribuer au programme Large Passenger Aircraft (LPA, ou avion de passagers grand gabarit) de Clean Sky 2(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «IMPACT a réalisé un ensemble ambitieux d’objectifs scientifiques et techniques pertinents pour la conception de parties arrières extrêmement performantes d’avions commerciaux de nouvelle génération», déclare Michele De Gennaro, coordinateur du projet IMPACT.
Déterminer la manière dont s’accumule la glace
Grâce à la simulation 3Dde formation de givre, le projet a permis de mettre au point des méthodes et des outils de niveau industriel pour un calcul précis de l’accumulation de glace sur les empennages en flèche. Les experts ont pu développer un modèle qui permet de prédire la manière dont les gouttelettes liquides impactent et s’écoulent sur la surface aérodynamique, formant des filets qui se transforment en glace, tout en tenant compte des interactions multi-physiques complexes et en considérant les propriétés réfractaires à la glace de la surface. Le projet a permis de calculer l’aérodynamique de l’accumulation de glace sur les surfaces des stabilisateurs horizontaux des avion de passagers grand gabarits, ce qui a permis d’intégrer ce phénomène dans le processus de conception globale de l’appareil. «Diverses innovations ont été développées en termes de maillage et de configuration de la mécanique des fluides numérique pour permettre d’aborder l’accrétion de la glace en tant que partie intégrante de l’optimisation multi-objectifs de l’avion», explique Michele De Gennaro.
Innover les solutions antigivrage
IMPACT a analysé une large gamme de revêtements anti-givre disponibles sur le marché, dont certains étaient en phase de recherche et développement. L’objectif était de comprendre leurs performances et leur durabilité et de recueillir des informations relatives à leurs propriétés anti-givre et anti-érosion. Une sélection des meilleures technologies a été testée dans une grande soufflerie climatique ultramoderne à Vienne, en Autriche, sur les bords d’attaque droits et ondulés d’une section de voilure de référence. Les essais ont contribué à la création de la base de données la plus avancée et la plus complète sur les revêtements jamais produite(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), mettant en lumière les performances de la technologie des revêtements pour les applications sur les fuselages arrières et empennages et devenant une référence pour la validation des codes d’accrétion de la glace en 3D. «En outre, des travaux révolutionnaires ont été réalisés pour la mise en œuvre de modèles physiques de givrage de faible niveau qui prendront en compte les propriétés physiques réelles des surfaces dans les simulations d’accrétion de la glace, phénomène qui constitue un problème d’une grande importance pour l’industrie», affirme Michele De Gennaro. L’effet de la réduction de l’accumulation de glace grâce à l’application d’un revêtement hydrophobe sur le bord d’attaque d’une aile en flèche positive est visible sur la photo ci-dessus.
Optimisation aérodynamique et aéro-structurelle
Pour alléger l’arrière du fuselage et l’empennage, IMPACT a travaillé sur un concept innovant basé sur une aile horizontale en flèche inversée. Cela a permis d’optimiser l’arrière du fuselage tout en conservant les mêmes performances aérodynamiques que la conception de base, mais avec une réduction de 5 % de la surface de l’empennage et une conception tolérante à la glace. Cela a été possible grâce à l’ajout d’un dispositif d’extension du bord d’attaque, spécialement conçu pour fonctionner avec une aile en flèche inversée. À l’aide de techniques avancées, l’équipe a davantage optimisé la structure de l’empennage, révélant le potentiel d’une réduction de poids supplémentaire de 6 % au niveau de l’empennage, qui peut mener à une réduction de poids totale de 10 %. «Cela se traduit par une économie potentielle de carburant de 1 % de l’avion par rapport à un avion de transport de passagers à la pointe de la technologie de 2020, tel que l’Airbus A320neo», ajoute Michele De Gennaro. Les travaux menés par IMPACT font progresser les méthodologies indispensables à l’industrie aéronautique et devraient continuer à consolider les résultats déjà obtenus.
