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Un des facteurs clé de tout aéronef est de pouvoir s’adapter constamment aux conditions de vol. Cependant, pour la plupart des avions actuels, les ensembles de pièces utilisés sont rigides et n’offrent pratiquement aucune adaptation en temps réel aux différentes phases du vol. Mais cela est sur le point de changer. Un nouveau prototype de structure avionique développé conjointement par la NASA et le MIT, possède une dynamique capable de s’adapter à toutes les conditions de vol avec une grande réactivité. 

Dans un article publié dans la revue Smart Materials and Structures, les chercheurs décrivent comment ils ont construit une aile d’avion à partir de centaines de structures identiques et légères, semblables à des cubes, toutes boulonnées puis recouvertes d’un mince polymère. La conception permet à l’aile de changer de forme automatiquement en s’adaptant à la configuration optimale pour la phase de vol en cours : une configuration pour le décollage, par exemple, et une autre pour l’atterrissage.

Au lieu de demander aux surfaces mobiles séparées telles que les ailerons de contrôler le roulis et le tangage de l’avion, comme le font les ailes classiques, le nouveau système d’assemblage permet de déformer toute ou partie de l’aile, en incorporant un mélange de rigidité et de souplesse composants dans sa structure.

Les minuscules sous-ensembles, qui sont assemblés par boulonnage pour former un cadre en treillis ouvert et léger, sont ensuite recouverts d’une fine couche de matériau polymère semblable à celui-ci.

assemblage aile avion

Ces images montrent la structure des ailes une fois assemblées (haut) et en cours d’assemblage (bas). Les centaines de mini-structures cubiques identiques composant l’ensemble sont clairement visibles. Crédits : Eli Gershenfeld/NASA Ames Research Center

Le résultat est une aile beaucoup plus légère, et donc beaucoup plus efficace en énergie que les modèles classiques, en métal ou en composites, expliquent les chercheurs. Parce que la structure, composée de milliers de triangles minuscules d’entretoises en forme d’allumette, est principalement composée d’espaces vides, elle constitue un « métamatériau » mécanique combinant la rigidité structurelle d’un polymère analogue à celui du caoutchouc et l’extrême légèreté et faible densité d’un aérogel.

Ben Jenett explique que pour chacune des phases d’un vol (décollage et atterrissage, croisière, manœuvre, etc.), chacune a son propre ensemble de paramètres d’optimisation de voilure. Une voilure conventionnelle est donc nécessairement un compromis qui n’est optimisé pour aucune de celles phases, et donc sacrifie l’efficacité. Une aile constamment déformable pourrait fournir une bien meilleure approximation de la meilleure configuration pour chaque étape.

prototype aile avion

Vue d’artiste montrant un prototype d’avion intégrant les nouvelles ailes et dont le processus de fabrication est automatisé via des robots (orange). Crédits : Eli Gershenfeld/NASA Ames Research Center

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Les différentes pièces de l’aile ont été découpées à l’aide d’un système à jet d’eau, et la fabrication de chaque pièce a pris plusieurs minutes, explique Jenett. Le nouveau système utilise le moulage par injection avec de la résine de polyéthylène dans un moule 3D complexe, et produit chaque pièce — essentiellement un cube creux composé de boudins de la taille d’une allumette le long de chaque bord — en seulement 17 secondes.

« Les recherches semblent prometteuses pour réduire les coûts et augmenter les performances des grandes structures légères et rigides. Les applications les plus prometteuses à court terme sont les applications structurelles des dirigeables et des structures spatiales, telles que les antennes » conclut Daniel Campbell, ingénieur chez Aurora Flight.

Source : Smart Materials and Structures

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