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CROR Engine Debris Impact SHielding. Design, manufacturing, simulation and Impact test preparation

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Un nouveau blindage pour des avions reconfigurés dotés d’un moteur à la conception innovante

La mise au point de nouveaux avions éco-efficaces permettra de réduire considérablement les niveaux d’émissions de dioxyde de carbone et d’oxydes d’azote dans l’atmosphère. Pour atteindre ces objectifs clés, les concepteurs d’aéronefs explorent de nouvelles façons d’intégrer des moteurs et des dispositifs de propulsion avancés dans leurs engins.

Transports et Mobilité

De nombreux concepts prometteurs, comme le réacteur CROR (pour Contra-Rotating Open Rotor), ne peuvent pas remplacer directement les moteurs actuels car ils impliquent de modifier significativement la conception de l’avion, notamment de déplacer les moteurs vers l’arrière pour les éloigner de l’aile. Ces modifications permettent de recourir à des ventilateurs ou à des rotors de grand diamètre ou à des ventilateurs multiples et donc d’atteindre des niveaux sans précédent d’efficacité énergétique et de réduction des émissions tout en réduisant le bruit dans l’habitacle et en améliorant le confort des passagers. Le principal problème de sécurité lié à la technologie CROR est la potentielle libération de débris à grande énergie en cas d’explosion du moteur ou de perte des pales. Concevoir un blindage de protection contre les débris à grande énergie du moteur est essentiel pour permettre l’installation de la technologie de propulsion CROR dans le fuselage arrière des futurs avions civils régionaux. Le projet REDISH, financé par l’UE, a cherché à résoudre ce problème en étudiant des solutions de blindage innovantes. «Elles avaient toutes pour objectif de se conformer aux normes et exigences structurelles de l’aéronautique, notamment en ce qui concerne l’efficacité pondérale, principale source d’efficacité des combustibles et de réduction des émissions» explique Cláudio Lopes, coordinateur du projet.

Une analyse à l’échelle des laminés et des composites

Les chercheurs ont mis en pratique une approche couplée expérimentale-numérique appliquée à plusieurs types de configurations, puis ils ont conçu des outils de simulation haute-fidélité pour mener des tests virtuels. Cela a permis de réduire de manière significative le besoin en tests physiques coûteux et d’accélérer le processus de conception du blindage. Les partenaires du projet ont effectué des analyses au niveau du laminé, évaluant la capacité des matériaux de blindage à résister à la perforation suite à l’impact de fragments de métal et de composites frangibles à base de fibres de carbone en utilisant des échantillons plats de laminé et en les classant en fonction de leur performance. La phase suivante de l’analyse au niveau des composantes s’est intéressée à la configuration du blindage final puis a déterminé la capacité de la structure à résister à la perforation. L’équipe a également étudié d’autres indicateurs de qualité autant au niveau des laminés et des composants que des performances structurelles. «Ceux-ci incluaient notamment une analyse de la “facilité d’évaluation”, qui reflète la disponibilité, la simplicité d’application et l’exactitude des méthodes de prévision des performances structurelles des différentes solutions, et une analyse de la “facilité de mise en œuvre”, qui porte sur les aspects liés à l’installation, à la maintenance et aux coûts des matériaux», explique M. Lopes.

Des avantages multiples

Le processus de sélection a permis d’identifier plus de 30 solutions qui ont été ensuite analysées au cours de l’étape d’évaluation ultérieure impliquant une étude des éléments finis haute-fidélité. Cela a permis d’établir un classement plus fiable des plus de 20 solutions examinées. Selon M. Lopes: «Ce total a ensuite été réduit à 14 solutions qui ont été réellement fabriquées et évaluées dans le cadre d’un autre projet, Clean Sky 2.» REDISH est parvenu à décrire le comportement des matériaux à différentes échelles de longueur au niveau de la strate, du laminé et du composant. Autre avantage de cette approche ascendante, les changements de propriétés des constituants (fibres, matrices), l’architecture de la fibre ou encore la couche de laminé peuvent être facilement intégrés pour disposer de nouvelles prévisions du comportement du composite à l’échelle macroscopique en cas d’impact. M. Lopes conclut: «un blindage contre les impacts à haute énergie, potentiellement utilisable dans l’aéronautique, assurera également une protection contre d’autres types de menaces, telles que les attaques terroristes».

Mots‑clés

REDISH, blindage, laminé, aéronefs, émissions, réacteur CROR (contra-rotating open rotor), efficacité du carburant, composite

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