Ampleur du tourbillon dans un plan de symétrie. Illustration: projet COMROTAG
Le déploiement de ces systèmes n'est pas une tâche aisée, du fait des limitations en termes de géométrie, cinématique (fréquences élevées du mouvement) et de puissance, propres au fonctionnement normal des pales de rotor. En utilisant des simulations informatiques et des données 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 des pales étaient ajustés de façon à ce que le rotor génère la poussée et les moments recherchés. Pour comparer les différentes configurations, nous avons utilisé un ratio appelé 'charge de puissance'», explique le Dr Wienczyslaw Stalewski de l'Instytut Lotnictwa en Pologne, qui dirige la recherche.
Des ailerons Gurney actifs
Parmi les concepts de pale intelligente en cours de développement, l'aileron Gurney actif a été sélectionné pour le démonstrateur technologique intégré d'hélicoptère 'vert' 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 de recul du mouvement des pales de rotor améliore la force de levage de l'hélicoptère, ainsi que ses performances globales. Cette technologie 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 d'air.
«Heureusement, nous avons pu surmonter les difficultés liées à la reproduction du phénomène profond de décrochage dynamique 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 des pales ainsi que le mouvement cyclique des ailerons Gurney actifs. Cet ensemble de fonctions définies par l'utilisateur a été lié au logiciel de CFD (mécanique des fluides) Ansys Fluent, couramment utilisé en ingénierie aéronautique.
«Le mouvement de battement a été reproduit par des déformations locales du maillage de calcul environnant. La méthodologie de déformation du maillage spécialement développée 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 de l'industrie aérospatiale. La prochaine génération d'hélicoptères intelligents s'élèvera bientôt dans les airs.
Pour plus d'information voir:
- Development and Testing of Computational Methods to Simulate Helicopter Rotors with Active Gurney Flap
- Projet COMROTAG
Source: CORDIS-Europa