Une revue des pratiques industrielles de Dassault-Aviation dans le domaine de l’aéroélasticité des avions militaires et des avions d’affaires

Auteurs: 

E. Garrigues (Dassault Aviation)

Le design des structures d’avions est un processus industriel complexe qui requiert des considérations et des analyses multidisciplinaires dans des domaines aussi variés que l’aérodynamique, la structure, les matériaux ou les systèmes, ainsi que la nécessité de trouver de bons compromis entre les contraintes imposées par ces différents domaines afin de respecter les performances globales attendues pour l’avion.

Dans le domaine de l’aviation civile d’affaires, du fait de la recherche de formules aérodynamiques de plus en plus performantes, d’un souci permanent de concevoir « le plus léger possible » et de l’augmentation des tailles des fuselages, la flexibilité des avions a considérablement augmenté ces dernières décades, ce qui a nécessité la prise en compte, dès les toutes premières phases de développement, de phénomènes de couplage aéroélastiques de plus en plus complexes et présents dans le domaine de vol des avions. L’enjeu dépasse largement le domaine de la seule performance aéro-structurale puisque l’aéroélasticité peut aussi avoir des impacts importants dans des domaines connexes tels que les performances, les qualités de vol ou le design des systèmes de l’avion.  

Dans le domaine militaire, la valorisation des plateformes existantes en termes de capacité à embarquer de multiples configurations d’emports sous voilure et l’adaptation de ces configurations aux besoins et aux missions multi-rôles des clients se traduisent également par un renforcement des phénomènes aéroélastiques présents sur l’avion. L’enjeu est alors l’ouverture et la certification de nouvelles configurations en minimisant (voire en évitant) des modifications de design importantes tout en conservant toutes les performances de l’avion existant.

Ces nouveaux enjeux ont placé l’aéroélasticité au centre du processus de conception de l’avion, avec des impacts potentiels importants sur la durée et le cout des différentes phases de développement et plus généralement sur le cout des programmes (et les risques associés). L’aéroélasticité est aujourd’hui « vue » comme l’une des disciplines majeures de la conception et comme l’un des processus « critiques » de la logique de développement de l’avion.

Cette situation a été la source de modifications importantes du domaine de l’aéroélasticité, dans les méthodologies employées, les processus de calcul et l’organisation humaine des compétences, de ces 20 dernières années et plus spécifiquement de la dernière décade. De nos jours, cette évolution se poursuit et l’aéroélasticité doit faire face à de nombreux challenges complètement nouveaux et doit continuer à se renouveler au même rythme, si elle ne veut pas brider l’innovation et la mise en place des ruptures technologiques du futur.

Dans ce contexte, cet article fait un point complet sur l’état de l’art de la pratique actuelle de l’aéroélasticité dans le domaine des avions civils d’affaires et militaires chez Dassault Aviation. Les principaux aspects de ce challenging et passionnant domaine sont abordés : les outils et les méthodes numériques, le processus de validation expérimentale, les attendus des programmes et les aspects liés à l’organisation humaine. Il en discute les principes et les idées directrices plus que n’en détaille les méthodes et les équations. Le dernier paragraphe présente les enjeux industriels futurs du domaine de l’aéroélasticité du point de vue de Dassault Aviation.

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Videos: 

Video 1: typical flutter displacement mechanism computed on the RAFALE in air-to-ground configuration, far away from the flight-domain envelope

Video 2: typical wind-tunnel flutter test on a MIRAGE F1 with a dynamically-similar flexible mock-up

Video 3: wind-tunnel flutter test on a military wing in complex configuration near the flutter point, before and after the flutter instability is detected and the automatic wind-tunnel security system activated

Video 4: typical CFD DES computation on a Falcon with interaction between wing and horizontal tail plane at a high angle of attack

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