Les avions de ligne se ressemblent depuis longtemps. La recherche continue de gains d’efficacité a vu le développement de winglets, de films réduisant la traînée et de toutes sortes de petites astuces aérodynamiques pour économiser du carburant, et donc de l’argent.
Boeing a maintenant l’œil sur des objectifs plus grands et plus savoureux. Il pense qu’en passant à une conception d’aile à renfort en treillis, il pourrait réaliser des gains d’efficacité à deux chiffres. Il travaille avec la NASA pour voir si ce concept pourrait changer le visage de l’aviation commerciale dans les décennies à venir.
Le rapport hauteur/largeur compte
L’objectif principal de l’utilisation d’une aile à contreventement est de permettre à un avion de ligne d’utiliser une aile beaucoup plus fine et plus étroite que d’habitude. Ces ailes à «rapport d’aspect élevé» sont beaucoup plus efficaces que les ailes plus trapues et plus larges actuellement courantes sur les avions de ligne modernes. Mais pourquoi le format d’image est-il si important et comment aide-t-il
Si vous avez déjà regardé un planeur, vous aurez remarqué ses ailes incroyablement longues et étroites, qui le distinguent des ailes plus courtes et plus larges utilisées sur les avions de ligne et les petits avions conventionnels. On dit que ces ailes ont un rapport hauteur / largeur élevé , le rapport entre le carré de l’envergure et la surface projetée de l’aile elle-même.
Ces ailes sont très souhaitables pour certains types d’avions, car le rapport portance / traînée augmente avec le rapport hauteur / largeur. Toute aile qui génère de la portance génère également une certaine traînée, mais cela peut être minimisé grâce à une conception soignée des ailes. En rendant les ailes plus longues et plus étroites, et donc plus élevées en rapport d’aspect, les tourbillons de bout d’aile générés par l’aile sont affaiblis. Cela réduit la traînée sur l’avion, et de manière assez significative.
Pour un planeur, qui n’a pas de propulsion vers l’avant propre, minimiser la traînée est un must. Par conséquent, les ailes à rapport d’aspect élevé sont très utiles. De même, l’avion espion U2 de haut vol avait une excellente portée car ses ailes à rapport d’aspect élevé étaient très efficaces. Ces deux types d’avions ont des exigences de charge utile assez limitées et sont suffisamment spécialisés pour que les ailes à rapport d’aspect élevé puissent fonctionner telles quelles.
Les avions de ligne ont d’autres préoccupations qui rendent les ailes à rapport d’aspect élevé peu pratiques. Ils doivent transporter d’énormes charges utiles afin de gagner beaucoup d’argent par vol auprès des passagers payants. Ce serait formidable d’avoir des ailes à rapport d’aspect élevé sur les avions de ligne, car l’efficacité réduirait considérablement les factures de carburant. Malheureusement, il est difficile de les rendre suffisamment solides pour des usages aussi intensifs. Il n’y a tout simplement pas de place pour la structure et le matériel requis.
Au lieu de cela, là où un planeur peut avoir un AR de 30 ou plus, un avion de ligne aura des ailes avec un AR plus proche de 7 à 10. Les planeurs haut de gamme atteignent des rapports portance/traînée de plus de 50. Les avions de ligne font beaucoup moins bien à cet égard. . Le Boeing 747 d’origine atteignait par exemple un rapport L/D de 15,3. Des décennies de développement ont vu les avions de ligne modernes d’aujourd’hui pousser ce nombre plus près de 20, comme l’Airbus A380 et le Boeing 777.
Préparez vous
Jetez une attelle pour le soutien, cependant, et tout à coup le concept de rapport d’aspect élevé devient plausible. Bien sûr, c’est un changement radical par rapport au concept de base de l’avion de ligne. Cela signifie qu’il y a beaucoup de travail à faire pour déterminer à quel point les ailes à renfort en treillis pourraient fonctionner dans la pratique.
Le concept actuel en développement s’appelle Boeing Transonic Truss- Braced Wing, ou TTBW, avec un démonstrateur à grande échelle qui devrait voler en 2028. Il a également été désigné sous le nom de X-66A dans les cercles de l’aviation américaine. En développement depuis 2010, le concept implique un avion avec une aile ultra-mince à rapport d’aspect élevé, soutenue par une poutre en dessous. Le démonstrateur est construit sur une cellule raccourcie d’un McDonnell Douglas MD-90 et sera testé au centre de recherche de vol Armstrong de la NASA. Le concept est destiné à accueillir 130 à 160 passagers ou 180 à 210 passagers, selon la configuration exacte sur laquelle Boeing atterrit.
Le démonstrateur est à l’échelle d’un avion monocouloir, mais avec une envergure beaucoup plus grande, à 51 mètres. C’est encore beaucoup plus étroit qu’un avion bi-couloir comme le 747, à 68 mètres, mais beaucoup plus grand qu’un Boeing 737 MAX monocouloir à 36 mètres. Pour tenir compte de cette largeur supplémentaire dans les installations à fuselage étroit existantes, Boeing pourrait explorer l’utilisation de bouts d’ailes repliables. Ceux-ci ont déjà été utilisés avec succès sur le Boeing 777X, pour garantir que le type plus large que d’habitude puisse accéder à autant d’aéroports que possible. Jusqu’à présent, le concept est principalement considéré comme une proposition pour les petits avions de ligne à fuselage étroit et à couloir unique.
Des tests en soufflerie ont suggéré que la conception à haut rendement pourrait réduire la consommation de carburant jusqu’à 10%, sur la base des gains des ailes seules. L’espoir est que d’autres nouvelles technologies qui pourraient être intégrées dans les avions de la prochaine génération pourraient faire grimper ce chiffre jusqu’à 30 %. Boeing a noté qu’avec le montage de l’aile haute de la conception à renfort en treillis, ces avions « pourraient éventuellement accueillir des systèmes de propulsion avancés qui sont limités par un manque d’espace sous les ailes dans les configurations d’avion à ailes basses d’aujourd’hui ». Pour commencer, cependant, le démonstrateur utilisera des turboréacteurs Pratt and Whitney PW1100G, tels qu’utilisés sur l’Airbus A320neo.
La question de savoir si les ailes à contreventement deviennent courantes sur les avions de ligne dépendra de plusieurs facteurs. Au-delà de l’ingénierie nécessaire pour faire fonctionner les choses d’un point de vue structurel, il est également nécessaire de répondre à des préoccupations pratiques. Les aéroports du monde entier ne sont construits que pour accueillir des avions d’une certaine taille. Les avions qui vont au-delà, comme l’Airbus A380, ont souffert de leur circonférence. La question de savoir si les gains d’efficacité promis sont atteints reste également une question à ce stade. Dans tous les cas, si l’intuition de Boeing s’avère vraie, nous pourrions rouler sur des avions de ligne très différents d’ici une décennie.
Image en vedette de cette superbe vidéo sur la fabrication d’un modèle d’avion de démonstration à contreventement en treillis.
