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Jun 08, 2023

Boeing va construire contreventé

Lorsque vous brûlez autant de carburant qu'une compagnie aérienne, une efficacité énergétique à un chiffre

Lorsque vous brûlez autant de carburant qu'une compagnie aérienne, un ajustement à un chiffre de l'efficacité énergétique se traduit par des économies massives. Prenez le film Aeroshark sur la réduction de la traînée que Swiss Airlines a collé sur ses 12 Boeing 777 - il offre un gain d'efficacité de 1% et, par conséquent, sur seulement 12 avions, Swiss s'attend à utiliser 4 800 tonnes de carburéacteur en moins chaque année, économisant près de un demi-million de dollars par an, par avion aux prix d'aujourd'hui. Ce serait plus proche d'un demi-milliard par an pour un opérateur comme American Airlines, se rapprochant de 1 000 avions dans sa flotte, à partir d'un gain d'efficacité de 1 %.

Vous pouvez donc voir comment un avion de ligne 30% plus efficace que les meilleures machines monocouloirs d'aujourd'hui pourrait être un gros problème. Nous avons rencontré pour la première fois le concept de conception « d'aile à contreventement » de Boeing en 2010, dans le cadre du concept Volt « Subsonic Ultra Green Aircraft Research » (SUGAR) qu'il a conçu dans le cadre d'un programme de recherche de la NASA.

L'idée tire parti de la portance plus élevée et de la traînée inférieure que vous obtenez avec des ailes plus longues, plus minces et à rapport d'aspect élevé - le genre que vous pourriez trouver sur un planeur non motorisé. Un concept que Boeing testait en 2016, par exemple, avait des ailes environ 50 % plus larges que les avions standard comparables.

Structurellement, ce genre de chose ne fonctionne tout simplement pas sans renforcement. Ainsi, la conception de Boeing accroche les ailes au sommet du fuselage et les renforce avec de longues fermes venant du ventre de l'avion. Ce sont aussi des profils aérodynamiques soigneusement formés, ajoutant une portance supplémentaire ainsi que de la force et de la stabilité.

En tant que concept subsonique naviguant à environ Mach 0,70 à 0,75 (519 à 556 mph, 835 à 895 km/h), Boeing a estimé que ces avions de ligne à ailes renforcées pourraient consommer 50 % moins de carburant qu'un avion ordinaire. En 2019, le concept a été repensé pour naviguer à la limite de la vitesse transsonique, autour de Mach 0,8 (593 mph, 955 km/h), et que ce soit en raison de la vitesse supplémentaire ou simplement d'une meilleure compréhension de l'aérodynamique, Boeing a parcouru le l'efficacité réclame en retour.

"Lorsqu'il est combiné aux progrès attendus dans les systèmes de propulsion, les matériaux et l'architecture des systèmes", lit-on dans un communiqué de presse de Boeing, "un avion monocouloir avec une configuration TTBW pourrait réduire la consommation de carburant et les émissions jusqu'à 30 % par rapport au monocouloir le plus efficace d'aujourd'hui. avions, selon la mission.

Cela fait longtemps que la modélisation numérique et les essais en soufflerie à petite échelle ont été réalisés, mais la NASA a maintenant accordé un financement à Boeing dans le cadre de l'accord SFD Space Act à hauteur de 425 millions de dollars, à ajouter à quelque 725 millions de dollars de Boeing et de divers autres partenaires commerciaux, pour aller réellement construire la chose à grande échelle et la faire tester correctement en vol.

La NASA a déclaré qu'elle prévoyait d'achever les tests sur l'avion de démonstration Transonic Truss-Braced Wing "d'ici la fin des années 2020, afin que les technologies et les conceptions démontrées par le projet puissent éclairer les décisions de l'industrie concernant la prochaine génération d'avions monocouloirs qui pourraient entrer en service dans les années 2030."

Il y aura certainement des défis. Pour commencer, ces ailes super longues pourraient tout simplement ne pas convenir aux terminaux ou aux hangars d'aéroport existants. Boeing n'a rien dit sur l'avion de démonstration, mais sur le concept 2019, il a parlé d'utiliser des ailes pliables pour contourner ce problème au sol.

Et puis il y a le fait que les ailes énormes, épaisses et à faible rapport d'aspect des avions de ligne standard créent un espace creux parfait pour leurs réservoirs de carburant. Garder le carburant dans les ailes place beaucoup de poids sur la largeur, plus près du centre de portance, réduisant les contraintes techniques là où les ailes rencontrent le corps. Cela contribue quelque peu à la sécurité en cas d'accident, en gardant le carburant brûlant plus loin des passagers. Et du point de vue des punaises pures, cela libère de la place dans la cabine pour des sièges supplémentaires qui rapportent de l'argent. La conception à contreventement en treillis utilise des ailes si minces que les réservoirs de carburant devront probablement retourner dans le fuselage.

D'un autre côté, Boeing affirme que les ailes hautes et renforcées "pourraient éventuellement accueillir des systèmes de propulsion avancés qui sont limités par un manque d'espace sous les ailes dans les configurations d'avions à ailes basses d'aujourd'hui" - bien que ce démonstrateur ne testera aucune fantaisie. nouveaux moteurs tout de suite.

Et il va sans dire que tout ce qui peut emmener les avions plus loin avec une quantité d'énergie donnée a une pertinence exceptionnelle pour les efforts de décarbonisation. La batterie électrique, l'hydrogène électrique, la combustion d'hydrogène, l'ammoniac et d'autres technologies de groupe motopropulseur propres sont toutes limitées par des chiffres de gamme inférieurs à ceux de la puissance traditionnelle du carburéacteur, et des conceptions comme celles-ci pourraient certainement apporter une grande contribution.

Vous pouvez voir certains des travaux de CFD (Computational Fluid Dynamics) et de soufflerie qui ont été intégrés à cette conception dans la vidéo ci-dessous, y compris une simulation de flottement plutôt noueuse qui nous donne l'impression que les trains pourraient être une très bonne option.

Sources : NASA, Boeing