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Posté par Redbran le Samedi 08/04/2017 à 00:00
Un pas de plus vers l'hélicoptère intelligent
Les systèmes actifs de contrôle d'écoulement utilisés dans les pales de rotor peuvent adapter leurs propriétés aérodynamiques en fonction des conditions d'écoulement d'air. Des chercheurs financés par l'UE ont développé une méthode de calcul pour mettre en œuvre ces systèmes innovants, qui devraient permettre d'atteindre une vitesse plus élevée et de réduire le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.).


Ampleur du tourbillon dans un plan de symétrie. Illustration: projet COMROTAG
Le projet COMROTAG (Development and testing of computational methods to simulate helicopter rotors with active gurney flap) faisait partie de l'entreprise commune Clean Sky. L'équipe s'est penchée sur les systèmes d'ailerons Gurney actifs dans les pales de rotor d'hélicoptère (Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la sustentation pendant toutes les phases du vol.).

Le déploiement de ces systèmes n'est pas une tâche aisée, du fait des limitations en termes de géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...), cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement...) (fréquences élevées du mouvement) et de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :), propres au fonctionnement normal des pales de rotor. En utilisant des simulations informatiques et des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) d'essais en soufflerie, l'équipe du projet a étudié la configuration de ces actionneurs dans différents scénarios de vol.

"Durant les simulations de vol, les contrôles de l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) des pales étaient ajustés de façon à ce que le rotor génère la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) et les moments recherchés. Pour comparer les différentes configurations, nous avons utilisé un ratio appelé 'charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement...) de puissance'", explique le Dr Wienczyslaw Stalewski de l'Instytut Lotnictwa en Pologne, qui dirige la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre social,...).

Des ailerons Gurney actifs

Parmi les concepts de pale (Une pale d'hélice (avion) ou de rotor (hélicoptère) est une surface portante en rotation autour d'un axe. C'est un dispositif...) intelligente en cours de développement, l'aileron Gurney actif a été sélectionné pour le démonstrateur technologique intégré d'hélicoptère 'vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont...)' de l'initiative Clean Sky. Ce choix s'est basé sur son impact potentiel au niveau des performances de l'hélicoptère ainsi que sur son niveau de maturité technologique.

Le déploiement actif d'ailerons Gurney lors de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de recul du mouvement des pales de rotor améliore la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) de levage de l'hélicoptère, ainsi que ses performances globales. Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) est déjà parvenue à un état de développement avancé. Cependant, des études numériques et des essais en soufflerie sur les pales de rotor sont encore nécessaires pour la valider.

"L'objectif de COMROTAG était d'évaluer par le calcul les avantages des ailerons Gurney actifs sur les pales d'hélicoptère lors de vols à l'échelle réelle", déclare le Dr Stalewski. L'équipe du projet a dû tenir compte des diverses forces aérodynamiques impliquées, mais également identifier des combinaisons de niveaux d'extension pour le mécanisme, la direction et la vitesse du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans...) d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...).

"Heureusement, nous avons pu surmonter les difficultés liées à la reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux éditions de Minuit.) du phénomène profond de décrochage dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) apparaissant sur la pale reculante, et nous avons également pu réaliser l'ajustement du rotor dans ces conditions de vol dangereuses. Cela a exigé beaucoup plus de calculs que les simulations de vol dynamiques sans décrochage", ajoute-t-il.

Le calcul de dynamique des fluides en vol

Le module de simulation de "rotor virtuel" en cours de développement dans l'Instytut Lotnictwa a été modifié pour modéliser de façon précise l'empennage et le battement (En acoustique, le battement est une interférence entre deux sons de fréquences légèrement différentes, laissant percevoir des pulsations. En acoustique musicale, il correspond au mélange de deux sons...) des pales ainsi que le mouvement cyclique des ailerons Gurney actifs. Cet ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...) de fonctions définies par l'utilisateur a été lié au logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement, regroupées sous...) de CFD (mécanique des fluides) Ansys Fluent, couramment utilisé en ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.).

"Le mouvement de battement a été reproduit par des déformations locales du maillage de calcul environnant. La méthodologie de déformation du maillage spécialement développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites...) pour COMROTAG s'est avérée une alternative réussie aux méthodes par maillages superposés", fait remarquer le Dr Stalewski.

Les résultats de la simulation apportent une aide précieuse aux chercheurs travaillant à la mise en œuvre d'ailerons de Gurney actifs sur les pales de rotor. Des essais sur hélicoptères peuvent être planifiés pour obtenir des conditions de vol où les avantages sont plus prononcés ou pour éviter des situations dangereuses remettant en cause la sécurité du vol."

La nouvelle méthodologie de calcul devrait soutenir le développement de solutions d'actionneurs répondant à la fois aux exigences de durabilité et de fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier...) de l'industrie aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui rassemble les techniques de l'aéronautique...). La prochaine génération d'hélicoptères intelligents s'élèvera bientôt dans les airs.

Pour plus d'information voir:
- Development (Development est une revue scientifique bimensuelle à comité de lecture couvrant tous les champs de la génétique évolutive du développement allant de la biologie cellulaire,...) and Testing of Computational Methods to Simulate Helicopter Rotors with Active Gurney Flap
- Projet COMROTAG

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Source: CORDIS-Europa
 
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