Les concepts

Il existe deux grandes catégories d'aile adaptatives, soient les ailes adaptatives passives et actives. Bien que plusieurs études démontrent l'efficacité de certains concepts d'ailes adaptatives passives, notamment par l'adaptation aéroélastique passive en fonction des conditions de vol (Anhalt, Monner et Breitbach, 2003), seules les ailes adaptatives actives seront ici traitées. Les travaux de recherche de Barbarino et al. (2011) et de Sofla et al. (2010) ont permis une revue étendue des concepts d'aile adaptative existants. Les concepts sont divisés en trois grandes catégories: les transformations dans le plan, les tranformations hors plan et les ajustements du profil ou de la cambrure.

Tableau 2.1 Les concepts d'ailes adaptatives actives Adaptée de Sofla et al. (2010)

Les transformations dans le plan comportent trois types de changements géométriques, soit la modification de la corde, de l'envergure ou de l'angle de balayage. La transformation dans le plan est généralement utilisée afin d'améliorer la finesse (ratio portance sur traînée) des ailes. Parmi une revue étendue de ce concept, peu ont su démontrer une application qui soit viable en raison de l'ajout de poid important lié aux mécanismes de déformation. Plusieurs recherches ont été réalisées visant la modification de l'envergure et certains prototypes ont été testés en soufflerie. Cependant, la plupart utilise des membrures télescopiques afin de

Transformation dans le plan Transformation hors plan Ajustement du profil ou de la cambrure

permettre de larges déformations, pénalisant souvent les gains aérodynamiques envisagés au départ par un ajout de poid excessif. Seigler, Bae et Inman (2004) ont démontré l'utilisation intéressante d'un concept de l'allongement de l'envergure de façon asymétrique permettant de contrôler le roulis d'un missile. Les travaux sur la modification de la longueur de la corde sont par ailleurs les moins fréquemment étudiés et la littérature montre que «seulement quelques travaux sont à la phase initiale de développement et les applications actuelles visent seulement de petits avions autonomes» (Barbarino, 2011, p. 18). Les variations de l'angle de balayage ont par contre été largement étudiées et on trouve plusieurs applications militaires depuis les années 1950. Plusieurs avions militaires comme le Bell-X-5, le F-111, le F-14 Tomcat et le B-1 ont démontré l'efficacité du concept. Ce système permet d'atténuer les problèmes de compressibilité que subissent ces types d'avion en déployant les ailes en régime subsonique et en les contractant en régime supersonique (voir Figure 2.3). Cependant, pour des raisons comme la sécurité civile, l'ajout de poids important et les coûts élevés associés à cette technologie, notamment pour la maintenance du mécanisme, cette technologie est viable seulement que pour les avions militaires hautes performances.

Figure 2.3 Concept de variation de l'angle de balayage (F-14 Tomcat) Par US Navy (2004) du domaine public

La transformation hors plan est pour sa part le concept présentant le moins de travaux à l'heure actuelle. Bien que le gauchissement, ou torsion, des ailes soit le concept le plus ancien de tous, il ne fut que très rarement utilisé depuis l'arrivée des ailes rigides. Les autres types de transformation hors plan, que ce soit la flexion de l'aile dans la direction de la corde ou de l'envergure, sont très rares et peu de prototypes ne furent même testés en soufflerie. Les

applications principales varient du contrôle des manoeuvres à l'augmentation de la portance. L'avènement de nouveaux matériaux, notamment les matériaux composites, ont rendu possible le gauchissement des ailes rigides sans l'ajout de mécanismes lourds rendant difficile l'implémentation des concepts de transformation dans le plan tels l'allongement de l'envergure ou les variations de l'angle de balayage. Un concept d'aile aéroélastique active (voir Figure 2.4) a d'ailleurs prouvé la faisabilité d'une torsion d'aile afin d'assurer le contrôle du roulis d'un F/A-18 modifié (Pendleton et al., 2000). La torsion était assurée en utilisant des becs rotatifs au bord d'attaque et au bord de fuite. Les tests en vol ont démontré qu'il était possible d'effectuer des manoeuvres de roulis allant jusqu'à 360° tout en conservant l'intégrité structurale de l'avion de chasse (Clarke et al., 2005).

Figure 2.4 Concept d'aile aéroélastique active Tirée de Pendleton et al. (2000)

Le dernier type de concept d'aile adaptative est l'ajustement du profil ou de la cambrure. Ce type de concept vise quant lui une amélioration de l'aérodynamisme et s'applique majoritairement pour les avions en régime subsonique. Ce concept est le plus couramment étudié parmi tous les concepts évoqués, comme le mentionne d'ailleurs Barbarino «L'adaptation du profil, plus spécifiquement de la cambrure, est le sujet de recherche dominant pour les applications en aérodynamique subsonique lorsqu'on le compare aux méthodes de transformation dans le plan et hors plan» (Barbarino, 2011, p. 43). Plusieurs concepts visent à modifier l'épaisseur du profil sans trop affecter la cambrure. Austin et al.

(1994) ont validé un concept visant à adapter un profil aux conditions de vol en utilisant des nervures adaptatives munis de 14 actionneurs positionnés de manière angulaire (voir Figure 2.5). Joo et Sanders (2009) ont également développé un concept d'adaptation du profile en utilisant des mécanismes internes limités en force. Leur optimisation visait à adapter une peau faite de matériaux typiques à une gamme de profils cibles. Bien que de nombreux sujets de recherche s'intéressent aux adaptations de profil, l'ajustement de la cambrure demeure le plus répandu.

Figure 2.5 Concept de nervure adaptative composée de membrures (actionneurs)

Adaptée de Austin et al. (1994)

La plupart des études suggèrent des modifications de la cambrure par des adaptations du bord de fuite ou du bord d'attaque. Monner et al. (2000) ont d'ailleurs proposé un concept visant à adapter le bord de fuite aux conditions de vol. Cette application utilise un système de nervures articulées afin de modifier la cambrure de l'aile. Ce concept a démontré son efficacité et pourrait être possiblement intégré sur l'Airbus A-340 (voir Figure 2.6). Pecora et al. (2011), qui sont partenaires pour le présent projet CRIAQ MDO 505, ont développé un concept similaire de bord de fuite adaptatif visant une augmentation de la portance. Ce système sera également intégré à notre maquette et testé dans le cadre des tests en soufflerie.

Figure 2.6 Adaptation de la cambrure avec le bord de fuite Tirée de Monner et al. (2000)