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Design, test, and manufacturing of robust fluidic actuators

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Une technologie de contrôle des flux pour les avions de nouvelle génération

L’impact des vols sur l’environnement, l’imminence de la taxation des émissions de CO2 et la nécessité de mettre fin à l’exonération dont les aéronefs bénéficient en ce qui concerne la taxe sur les carburants nécessitent de nouvelles technologies révolutionnaires. Pour relever ces défis, une initiative de l’UE a élaboré un actionneur de fluide efficace.

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L’installation de ventilateurs à très haut taux de dilution (UHBR pour ultra-high–bypass ratio) constitue un moyen de résoudre les problèmes environnementaux, de taxe sur le carbone et de taxe sur le kérosène. Cependant, leur installation est en conflit avec l’intégration locale de dispositifs mécaniques à grande portance sur le bord d’attaque des ailes. Les grandes nacelles – parties d’un avion contenant généralement les moteurs ou d’autres équipements – utilisées pour les moteurs UHBR doivent être installées à proximité de la voilure pour offrir une garde au sol suffisante sans augmenter la taille du train d’atterrissage de l’avion. Par conséquent, un bec de bord d’attaque (dispositif hypersustentateur) entrerait en collision avec la nacelle lorsqu’il serait déployé, ce qui se traduit par l’absence de bec sur la partie de l’aile située au-dessus du moteur. Cela laisse certaines zones de l’aile à la fois non protégées par un bec et sujettes à une séparation de couche limite, avec des angles d’incidence beaucoup plus faibles que pour les autres sections de l’aile. C’est dans ces zones que le contrôle d’écoulement de flux actif (AFC pour active flow control) peut s’avérer utile, car il retarde la séparation locale aux angles d’attaque les plus élevés, améliorant ainsi l’ensemble du système d’hypersustentation.

Vers des systèmes d’actionneurs AFC à la pointe de la technologie

Pour appliquer l’AFC, des actionneurs AFC robustes et fiables doivent être disponibles. Le projet DECOROUS, financé par l’UE, s’est concentré sur l’élaboration de tels actionneurs, à savoir un système d’actionneur aérodynamique à deux étapes, sans pièces mobiles, destiné à être utilisé dans des applications AFC à la jonction aile-pylône des avions de ligne civils. «Cela ouvrira la voie aux moteurs UHBR», déclare le Dr Matthias Bauer, coordinateur du projet. «Basé sur une technologie étudiée dans le cadre de projets antérieurs, DECOROUS va bien au-delà de son objectif initial en intégrant de réelles contraintes aéronautiques et des conditions environnementales difficiles, et en prenant en compte des disciplines au-delà des seules considérations aérodynamiques.» Les partenaires du projet ont développé, fabriqué et validé un petit actionneur à jet pulsé (PJA pour pulsed jet actuator). Celui-ci a ensuite été intégré dans un modèle de soufflerie à l’échelle 1:13,6 pour des essais cryogéniques impliquant un contrôle de flux à la jonction aile-pylône. Cela a été fait pour quantifier l’efficacité de la tentative de contrôle de flux. Ils ont optimisé la technologie AFC en prenant en compte des aspects comme l’aéro-acoustique et l’intégration. L’équipe a également élaboré et validé un PJA à taille réelle en vue de son intégration dans un appareil d’essai Airbus 320. «Pour réussir à le développer, l’équipe ne s’est pas contentée de respecter les exigences aérodynamiques. Elle a également tenu compte de l’ensemble de l’infrastructure de l’avion, des émissions sonores et de la surveillance de l’état du système», remarque le Dr Bauer.

Faire progresser la conception et l’intégration des actionneurs AFC

En développant un actionneur de contrôle de flux à très petite échelle sans composants mobiles ou électriques, les chercheurs ont été en mesure de tester la technologie AFC dans des conditions cryogéniques avec le modèle réduit. Ils ont effectué une analyse coûts-avantages de l’AFC appliquée à un avion de ligne civil et ont identifié des obstacles potentiels tout au long du processus. L’équipe DECOROUS s’est penchée sur les aspects technologiques de l’AFC qui n’avaient pas été suffisamment étudiés. Les recherches sur l’aéro-acoustique ont révélé d’importantes sources de bruit susceptibles d’avoir une incidence sur le confort des passagers. Les membres de l’équipe ont proposé des solutions à ce problème. Ils ont également étudié l’intégration des actionneurs AFC dans l’environnement global de l’aéronef, en identifiant les modifications nécessaires pour installer les composants requis sur un avion d’essai. Le Dr Bauer ajoute: «Tout ce travail a placé la technologie AFC aux portes du marché.» «Grâce à DECOROUS, l’industrie aéronautique européenne est désormais capable d’utiliser l’AFC comme outil lors de la conception des avions civils écologiques et économiques de nouvelle génération tout en contribuant à la croissance du secteur», conclut le Dr Bauer.

Mots‑clés

DECOROUS, AFC, avion, contrôle de flux, actionneur AFC, bord d’attaque, UHBR, PJA

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