L'aile hybride utilise la moitié du carburant d'un avion standard

Les ingénieurs en aérospatiale savent depuis longtemps qu'abandonner un fuselage tubulaire conventionnel au profit d'une forme d'aile hybride semblable à une raie manta pourrait réduire considérablement la consommation de carburant. Une équipe de la NASA a maintenant démontré une méthode de fabrication qui promet de rendre la conception pratique.

Improviser: La NASA a construit un prototype télécommandé de sa conception d'aile hybride.

Combiné à un type de moteur extrêmement efficace, appelé moteur à taux de dilution ultra-élevé, la conception de l'aile hybride pourrait consommer deux fois moins de carburant que les avions conventionnels. Bien qu'il faille peut-être 20 ans pour que la technologie arrive sur le marché, la méthode de fabrication développée à la NASA pourrait aider à améliorer les avions commerciaux conventionnels d'ici huit à dix ans, estime Fay Collier, responsable du programme de la NASA.

La technique de fabrication réduit le poids des composants structurels d'un avion de 25 pour cent, ce qui pourrait réduire considérablement la consommation de carburant. Les avancées sont l'aboutissement d'un effort de 300 millions de dollars sur trois ans de la NASA et de partenaires, dont Pratt & Whitney et Boeing.

Il y a deux défis clés avec la conception de l'aile volante. L'un est de savoir comment contrôler un tel avion à basse vitesse. La NASA a déjà résolu ce problème en construisant un avion d'essai télécommandé de six mètres de large (le X-48B) pour démontrer les moyens de contrôler les ailes hybrides. Sur la base de ces tests et des tests en soufflerie, la NASA a construit un avion télécommandé plus grand qui a commencé des vols d'essai l'année dernière.

Le deuxième défi consiste à construire une version grandeur nature de l'avion avec des cabines pressurisées dont la structure est saine. L'une des raisons pour lesquelles les avions tubulaires ont persisté est qu'il est relativement facile de construire un tube capable de résister aux forces agissant sur lui de l'extérieur pendant le vol tout en maintenant la pression de la cabine. La conception de l'aile hybride implique un fuselage plus plat en forme de boîte qui se fond avec les ailes. La structure plus plate, qui comprend des angles presque droits, est beaucoup plus difficile à construire d'une manière suffisamment solide et légère pour être pratique.

Le processus de fabrication de la NASA commence avec des tiges en composite de carbone préformées. Les tiges sont recouvertes de tissu en fibre de carbone et cousues en place. Le tissu est ensuite cousu sur des bandes de mousse pour créer des traverses. Le tissu est imprégné d'un époxy pour créer une structure composite rigide.

Des sections d'un fuselage construit avec cette technique ont été testées et ont montré qu'elles pouvaient résister aux forces qui seraient appliquées à un avion fini. Les tests ont également montré que lorsqu'une pression suffisante était appliquée pour provoquer la défaillance des pièces, les coutures utilisées pour fabriquer la structure empêchaient la propagation des fissures, une clé pour éviter une défaillance catastrophique en vol.

Les chercheurs construisent maintenant une structure pressurisée à deux niveaux de 30 pieds de large qui sera utilisée pour tenter de valider l'approche de fabrication. Cette structure devrait être terminée d'ici 2015.

Pour obtenir une réduction de 50 % de la consommation de carburant, la conception de l'aile hybride devra intégrer une conception de moteur avancée. Collier dit que les moteurs à dérivation ultra-élevée sont un bon match. Dans une conception à dérivation ultra élevée, le ventilateur avant du moteur est bien plus grand que le noyau du moteur, où l'air est comprimé et la combustion a lieu. Ces gros ventilateurs peuvent être difficiles à monter sous l'aile, car les moteurs sont montés dans la plupart des avions de ligne conventionnels. La conception de l'aile hybride consiste à monter les moteurs sur le dessus de l'avion, plutôt que sous les ailes. (La conception à montage supérieur réduit également les niveaux de bruit.)

La NASA a aidé Pratt & Whitney à développer des prototypes de moteurs à ultra-haute dérivation, qui devraient être utilisés commercialement pour la première fois l'année prochaine, à commencer par les avions de la série C de Bombardier. La NASA optimise davantage les moteurs pour tirer parti de la conception à montage supérieur de l'avion à voilure hybride.

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