Modèle de Masse Voilure
Avions de transport civil
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FIG: Aile gauche d'A320. Photo Henry Lidster
Thèse : Pour une approche analytique de la Dynamique du Vol
Volume : 2
Directeur de thèse : Jean-Luc Boiffier
Doctorante : Élodie Roux
Date : 2006
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| Title | : | Modèle de Masse Voilure : Avions de transport civil |
| Author | : | Élodie Roux |
| Publisher | : | SupAéro-ONÉRA |
| Date | : | 2006 |
| pages | : | 349 |
| Abstract | : |
La modélisation d'un problème est une étape primordiale au cours d'une étude. Le choix
des modèles utilisés a un grand impact sur les résultats obtenus et doit donc être judicieux.
En vue d'une modélisation analytique de performances conceptuelles des avions
de transport civil, nous avions besoin d'élaborer un modèle de masse voilure simple mais
pertinent (c'est-à-dire que le modèle présente une bonne précision par rapport à sa simplicité)
et si possible analytique (ce qui est propice aux interprétations physiques).
Le modèle de masse que nous mettons au point est adapté aux voilures d'avions
de transport civil, c'est-à-dire des voilures en flèche (0 < fe < 41°), avec effilement
(0 <e< 1). Il est dans la mesure du possible modélisé analytiquement à l'aide de
la théorie des poutres appliquée au caisson voilure qui reprend les efforts de
flexion, torsion et cisaillement. Le reste de la voilure est modélisé statistiquement. Ce
modèle sera particulièrement utile pour les études de type avant-projet.
Les efforts que subit une voilure ne sont repris que par une partie de l'aile, appelée structure primaire.
En réalité, c'est un ensemble d'éléments complexes que nous
modéliserons par plusieurs systèmes reprenant chacun un type de sollicitation : les semelles
du longeron équivalant reprenant la flexion, l'âme du longeron
équivalant reprenant l'effort tranchant, et le revêtement de la voilure
(du caisson) reprenant la torsion. à l'aide des résultats de la Résistance
Des Matériaux, nous dimensionnons chacun de ces systèmes de la structure primaire pour
qu'ils soient capables de supporter les efforts critiques définis par la norme FAR 25.
Nous examinerons le problème de la partie de voilure proche de l'emplanture où la théorie
des poutres ne s'applique pas, afin de déterminer si cela augmente pour autant la masse
à l'emplanture. Nous montrerons statistiquement que ce n'est pas le
cas. La modélisation de type poutre suffit.
Les nervures, quant à elles, sont principalement dimensionnées en
flambage, mais notre modélisation sera statistique (le pas géométrique des nervures est
supposé être une donnée, et constant le long de l'aile).
La masse des fixations du train et du mât moteur,
et des éléments permettant l'étanchéité des réservoirs de carburant,
sera modélisée statistiquement.
La somme des masses de tous ces systèmes représente la masse de structure primaire.
Le reste des éléments de la voilure, s'appelle la structure secondaire (siège des dispositifs
hypersustentateurs et des systèmes : hydraulique, électrique ... ). C'est par une approche
statistique que nous déterminerons sa masse. Elle est modélisée comme
une proportion d'une puissance de la surface voilure, dont les valeurs sont ajustées par
identification sur les données expérimentales d'avions civils à disposition.
Cette modélisation de masse voilure (somme des masses de structure primaire et
secondaire) permet d'estimer les masses voilure des avions Boeing, McDonnell Douglas
avec une précision remarquable de 5.16%, et 5.89% pour les petits avions civils. Mais
la masse voilure des avions Airbus était sous-estimée, c'est pourquoi nous proposons
un ajustement de notre modèle pour ces avions. Il s'agit d'un ajustement historique et
culturel : historique, pour tenir compte de l'avancement technologique
comme le propose G.Ville, et culturel, pour tenir compte du choix différent de conception
du caisson travaillant, notamment par le choix de répartition de portance. Le modèle
voilure ainsi obtenu a une précision de 5.07% pour les avions Airbus.
Au final, notre modèle de masse voilure présente une précision remarquable de 5.22%
par rapport aux 46 avions de transport civils de notre base de données expérimentales.
Cela représente un gain de précision de 6.5% par rapport aux meilleurs
modèles existants. C'est-à-dire que notre modèle divise par un facteur de plus de deux
l'erreur relative moyenne d'estimation des meilleurs modèles existants d'I.Kroo (qui a
une précision de 12%) et de W.Dupont (qui a une précision de 11.7%).
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| Download | : |
La version interne, avec l'ensemble des données expérimentales qui ont servi à valider les modèles, n'est évidemment pas en ligne. Néanmoins, vous pouvez retrouver la version publique sur le site de l'ONÉRA
[PDF] (3.2 Mo).
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