787 épisode 2 : génialement simple.

Le Boeing 787 Dreamliner fait partie de la toute dernière génération d’aéronefs civils, possédant ce qui se fait de mieux en matière d’innovations technologiques : 50% de matériaux composites, architecture électrique extrêmement complexe, générateur de conditionnement d’air entièrement repensé… Bref un concentré de systèmes tous plus élaborés les uns que les autres.

Mais il existe sur les modèles 787-9 et 787-10 un système à la fois très novateur, et à la fois extrêmement simple en comparaison avec la haute technologie de ces appareils.

Avant de vous dévoiler de quoi il s’agit, un petit cours rapide d’aérodynamique s’impose.

Capture d_écran 2017-11-13 à 13.39.27Comme vous le savez certainement, et pour faire trèèèès simple, la portance de l’avion est le résultat du déplacement d’un flux d’air sur un profil d’aile. C’est bien évidemment le cas sur les ailes (heureusement), mais également sur deux autres zones de l’appareil : la dérive (plan vertical) et le stabilisateur (plan horizontal), toutes les deux situées à l’arrière de l’avion.

Ces deux surfaces sont conçues avec un profil d’aile sensiblement symétrique.

Le profil de ces surfaces est un profil laminaire. C’est à dire que le flux d’air qui va circuler sur chaque face du profil sera un flux laminaire sur une distance égale à au moins 20% (environ) de la longueur totale du profil (ce que l’on appelle la corde).

Au bout d’un moment, le flux passe d’un état laminaire à un état turbulent. C’est à dire que le flux d’air devient anarchique sur le profil, et cela génère du frottement.

Capture d_écran 2017-11-13 à 13.26.38

Le flux turbulent n’est pas l’ami de l’avionneur, car il dégrade les performances de l’aile, et il crée du frottement, ce qui va au final avoir un impact sur la consommation d’énergie, et donc de carburant.

Comment réduire les frottements sur la dérive et le plan horizontal du 787 ?

Les ingénieurs de chez Boeing ont donc cherché à réduire au maximum les frottements sur certaines surfaces de leur Dreamliner. Pour réduire ces frottements, la technique consiste à faire en sorte que le flux laminaire devienne turbulent le plus tard possible. L’idée n’est pas nouvelle. Depuis des décennies la NASA puis certains avionneurs comme Airbus expérimentent des systèmes permettant de faire reculer la zone de transition sur un profil d’aile.

On parle alors d’un profil d’aile HLFC : Hybrid Laminar Flow Control (profil d’aile avec contrôle du flux laminaire hybride in frenche).

Sur le papier le principe est simple : pour que le flux d’air reste laminaire le plus longtemps possible, on va l' »aspirer » pour le plaquer contre le profil, et ainsi retarder le passage à l’état turbulent.

laminar flow
Profil standard VS profil HLFC

Dans la réalité, concevoir un système permettant d’aspirer le flux d’air au niveau du bord d’attaque du profil est un vrai casse tête pour les ingénieurs. Sans parler des effets secondaires négatifs, comme par exemple l’absorption d’eau, d’insectes ou de poussières mélangés au flux d’air, et qui finiraient par obstruer les orifices.

Sur 787-9 et 787-10, Boeing a réussi l’exploit de rendre les profils de la dérive et du plan horizontal HLFC avec un minimum de complexité, voici comment :

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Composants extérieurs du système HLFC sur 787-9 et 787-10

Les bords d’attaque de la dérive et du stabilo sont percés de minuscules trous, derrière lesquels se trouve une cavité elle même reliée à des écopes (portes mécaniques donnant sur l’extérieur de l’avion).

Sur chaque face de la dérive se trouve une de ces écopes. Il y a également une écope sous chaque demi-stabilisateur. Boeing a nommé l’ensemble de ces 4 portes « EDAS » pour Empennage Door Actuation System (système de fonctionnement des portes de l’empennage) (ça claque mieux en anglais).

Comment ça marche ?

Le principe de fonctionnement est très simple : lorsque les écopes sont ouvertes vers l’arrière de l’avion, le flux d’air va générer une dépression au niveau de ces portes, et une aspiration va se faire dans la cavité. Cette aspiration va servir à plaquer le flux d’air par aspiration au niveau des petits trous.

Lorsque les écopes sont ouvertes vers l’avant de l’avion, le flux d’air va s’engouffrer dans la porte, créer une surpression dans la cavité, et l’air sera éjecté par les petits trous sur le bord d’attaque.

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Principe de fonctionnement HLFC du 787-9 et 787-10

Le système est entièrement automatisé, et à part les calculateurs et les câblages, il n’est constitué que de ces 4 portes qui sont pilotées pour s’ouvrir dans un sens ou dans l’autre (ou également être fermées).

La loi de fonctionnement est également très simple :

portes

Lorsque l’avion est au sol, ou en phase d’atterrissage, les portes sont fermées. De toute façon à ce moment là du vol le gain en énergie est marginal, et cela évite d’ingérer des objets extérieurs par les écopes.

Lorsque l’avion est en montée après décollage, puis en croisière, les portes sont ouvertes vers l’arrière pour générer une dépression, et donc rendre le profil HLFC. Le gain en frottement est maximal.

Mais alors pourquoi ouvrir les écopes vers l’avant lors du décollage ?

C’est là où ce système est génial : pendant le décollage, en mettant les écopes ouvertes vers l’avant, le système va se purger. Toutes les impuretés, moustiques, poussières, eau, liquide dégivrant etc etc qui se sont logés dans les orifices, vont être éjectés grâce à la surpression créée dans le système. Donc pendant toute la phase de décollage et jusqu’à la vitesse de 190 noeuds, les écopes sont ouvertes vers l’avant pour purger le système.

Capture d_écran 2017-11-13 à 11.52.14
787-9 en montée initiale après décollage

On voit très bien sur cette vue d’un 787-9 au décollage que les portes sont ouvertes vers l’avant de l’avion, qui n’a donc pas encore atteint la vitesse de 190 noeuds. A ce moment là l’air est donc expulsé au niveau des bords d’attaque.

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787-9 en phase d’atterrissage

Sur cette vue d’un 787-9 à l’atterrissage, on voit les écopes qui sont fermées.

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Empennage d’un 787-8

Enfin sur cette vue d’un empennage de 787-8, on voit que le système EDAS n’est pas installé, ce qui est normal puisque seules les versions -9 et -10 en sont équipées.

Boeing envisage d’ailleurs d’équiper son nouveau 777-X avec cette technique. En revanche les futurs 787-9 et 787-10 ne seront équipés d’écopes que sur la dérive et non plus aussi sur le plan horizontal, le gain étant jugé trop faible.

Au final ce dispositif permettrait selon les sources un gain d’environ 1% en carburant.

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