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L’avion à fuselage intégré a-t-il de l’avenir? - Par : Thomas Delecroix, Oliverio Velazquez, Julien Weiss, François Morency,

L’avion à fuselage intégré a-t-il de l’avenir?


Thomas Delecroix
Thomas Delecroix Profil de l'auteur(e)
Thomas Delecroix est étudiant en maîtrise à l’ÉTS. Il est à l’ÉTS dans le cadre d’un partenariat avec son école d’ingénieurs française l’ISAE-ENSMA (Poitiers). Son mémoire a pour sujet la stabilité du BWB.
Programme : Génie mécanique 

Oliverio Velazquez
Oliverio Velazquez Profil de l'auteur(e)
Oliverio Velázquez est doctorant au département de génie mécanique à l’ÉTS. Il est ingénieur diplômé des ponts et chaussées (France). Sa recherche porte sur le BWB et ses performances aérodynamiques.
Programme : Génie mécanique 

Julien Weiss
Julien Weiss est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. C’est un spécialiste de la mécanique des fluides, de l’aérodynamique expérimentale et des écoulements complexes en aéronautique.
Programme : Génie mécanique 

François Morency
François Morency Profil de l'auteur(e)
François Morency est professeur au Département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur le transfert de chaleur, l’aéronautique, le calcul parallèle, les systèmes de dégivrages et la mécanique des fluides numériques.
Programme : Génie mécanique 

Introduction

Au vu des nouvelles contraintes économiques et environnementales du marché aérien [1], les concepteurs d’avions se sont tournés vers une idée révolutionnaire : l’avion à fuselage intégré ou BWB (Blended Wing Body). Il promet de meilleures performances aérodynamiques que le modèle classique TAW (Tube and Wings), mais présente un défi de taille : il faut repenser la façon dont on conçoit les avions. Ce type d’avion a-t-il de l’avenir? Cet article cherche à répondre à cette question.

avion fuselage integre 1

L’avion à fuselage intégré

Le BWB est un avion dont le corps central génère de la portance et la jonction aile-corps central se fait par une transition continue. Ces caractéristiques permettent d’améliorer considérablement ses performances aérodynamiques : la résistance au vent (traînée) est réduite, ce qui diminue la consommation de carburant par rapport au modèle TAW.

Historique

L’idée d’un fuselage intégré n’est pas nouvelle comme le témoigne les prototypes et avions BatWing de W. Bushnell Stout (1918),  Westland Dreadnought (1924), Junkers G.38 (1929), Horten Ho-229 (1944), Northrop XB-35 (1946) et YB-49 (1947), et B-2 de Northrop (1989).

Blended Wing Body 3

L’avion B-2 a tout changé, démontrant pour la première fois que le concept BWB pouvait être viable et performant. À la fin des années 80, la NASA a débuté le développement d’un nouvel avion commercial, le BWB [2].

Développements récents

Le projet X-48 de Boeing, développé entre 2006 et 2013, a donné naissance à deux démonstrateurs de modèles réduits (X-48B et C). Les données générées ont permis de prouver la viabilité du concept (voir la vidéo).

La Silent Aircraft Initiative (SAX-40) a construit un BWB conçu pour être plus silencieux pour les personnes au sol. Il a été développé par une équipe provenant de l’université de Cambridge et du MIT. L’équipe de recherche a eu le soutien de nombreuses entreprises comme Boeing, Lufthansa, Rolls-Royce et la NASA.

BWB_futur

Ce concept intéresse aussi la compagnie aérienne KLM et l’Université de technologie de Delft des Pays-Bas qui travaillent en partenariat sur un projet d’avion à fuselage intégré (voir l’article « AHEAD : l’avion du futur aura-t-il un fuselage intégré ? »).

Avantages et défis

En théorie, le BWB possède plusieurs avantages par rapport au modèle TAW lui permettant de réduire la traînée. Parmi ceux-ci, sa forme plus aérodynamique ainsi que la disparition de surfaces  superflues comme la queue de l’avion. Cette modification de forme permet d’alléger l’avion et de mieux répartir les forces aérodynamiques sur la structure. L’avion générant plus de portance naturelle à faible vitesse, les distances d’atterrissage et décollage sont réduites. Les moteurs peuvent être montés sur l’extrados du corps central, formant un bouclier contre le bruit.

Le BWB présente aussi des défis considérables : un des plus importants concerne la stabilité limitée que confère ce design en comparaison à un modèle TAW : le BWB ne possède pas de queue et ses surfaces de commande (ailerons et gouvernes) sont moins nombreuses et plus près du centre de gravité. Ce risque d’instabilité peut toutefois être résolu de deux façons en :

  • modifiant fortement la forme de l’avion afin qu’il devienne stable par nature ce qui diminuera ses performances aérodynamiques;
  • implantant un système de commande actif plus complexe que ceux actuellement utilisés.

Ahead face1

Puisque le design de ce type d’avion diffère fortement des modèles TAW, il faudra réinventer les processus de conception, de fabrication et d’exploitation et les outils de conception. Il faudra aussi concevoir un avion qui puisse répondre aux normes aéronautiques déjà établies pour les modèles TAW ou adapter les normes existantes à ce concept (comme pour le Concorde). Deux contraintes sont particulièrement importantes :

  • la limite de 80 m (262 pi) (longueur et envergure) qui restreint la taille des avions;
  • les normes relatives à l’évacuation des passagers qui restreint les types d’aménagement intérieur.

Conclusion

Malgré ces contraintes, tout porte à croire que le BWB fera bientôt partie de la nouvelle génération d’avions commerciaux. Au Canada, les ingénieurs réfléchissent à de nouvelles conceptions et travaillent à développer leur savoir-faire. En témoignent quelques projets d’avions régionaux [3-5], l’augmentation des publications canadiennes portant sur le sujet et les projets de conception et de modélisation menés par les membres du Laboratoire de thermofluide pour le transport de l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal.

Pour de plus amples informations sur nos travaux de recherche, nous vous invitons  à consulter le site internet du Laboratoire de thermofluide pour le transport.

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Thomas Delecroix

Profil de l'auteur(e)

Thomas Delecroix est étudiant en maîtrise à l’ÉTS. Il est à l’ÉTS dans le cadre d’un partenariat avec son école d’ingénieurs française l’ISAE-ENSMA (Poitiers). Son mémoire a pour sujet la stabilité du BWB.

Programme : Génie mécanique 

Laboratoires de recherche : TFT – Laboratoire de thermofluide pour le transport 

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Oliverio Velazquez

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Oliverio Velázquez est doctorant au département de génie mécanique à l’ÉTS. Il est ingénieur diplômé des ponts et chaussées (France). Sa recherche porte sur le BWB et ses performances aérodynamiques.

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Laboratoires de recherche : TFT – Laboratoire de thermofluide pour le transport 

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Julien Weiss

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Julien Weiss est professeur au département de génie mécanique de l’ÉTS. C’est un spécialiste de la mécanique des fluides, de l’aérodynamique expérimentale et des écoulements complexes en aéronautique.

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Laboratoires de recherche : TFT – Laboratoire de thermofluide pour le transport 

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François Morency

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François Morency est professeur au Département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur le transfert de chaleur, l’aéronautique, le calcul parallèle, les systèmes de dégivrages et la mécanique des fluides numériques.

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