Pales d'hélicoptère à économie d'énergie

Les hélicoptères peuvent effectuer des prouesses acrobatiques incroyables, mais ils sont également bruyants, instables et coûteux à faire fonctionner. Des chercheurs de la NASA développent des pales d'hélicoptère dotées d'un matériau intelligent qui change de forme et qui pourrait conduire à une conduite plus douce, plus silencieuse et plus économe en carburant.

Lames intelligentes : La NASA a testé ses nouveaux actionneurs dans une soufflerie au centre de recherche Ames en utilisant des pales d'hélicoptère à grande échelle (en haut). L'actionneur (en bas) contient des matériaux piézoélectriques, qui changent de forme lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique. Les fils en haut à droite de l'image sont des empilements piézoélectriques. Lorsqu'une tension est appliquée, ils s'étendent légèrement, créant un mouvement mécanique qui déplace un volet de haut en bas. (Le rabat est la partie longue, mince et jaune de la lame dans l'image du haut.)

Les lames utilisent des actionneurs piézoélectriques, des dispositifs mécaniques incorporant un matériau qui change de forme lorsqu'il est soumis à un champ électrique. Ce changement de forme déforme la pale de rotor lorsqu'elle tourne, améliorant les performances aérodynamiques d'un hélicoptère.

L'année dernière, la NASA, en collaboration avec la société aérospatiale Boeing , la Defense Advanced Research Projects Agency ( DARPA ), et l'armée américaine, ont testé la première pale de rotor à grande échelle à utiliser la technologie dans une soufflerie qui simule les conditions de vol. Le système a considérablement réduit les vibrations, économisé de l'énergie et permis de contrôler plus précisément le mouvement du rotor. À l'avenir, le système pourrait également réduire le bruit. Il est maintenant prêt à être testé en vol, bien qu'une date pour le premier vol n'ait pas encore été fixée.

À l'heure actuelle, nous essayons de comprendre et d'apprécier tout ce que nous avons accompli dans la soufflerie à grande échelle, déclare William Warmbrodt, chef de projet de la division Flight Vehicle Research and Technology de la NASA. Centre de recherche Ames , en Californie.

Lorsqu'une pale d'hélicoptère traverse l'air, elle laisse derrière elle un sillage, et lorsque la pale derrière elle traverse ce sillage, elle subit une vibration périodique. L'actionnement de la lame vous permet d'effectuer un mouvement périodique dans les volets de la lame avec la bonne amplitude, la bonne phase et la bonne fréquence pour annuler cette vibration, dit Steven Hall , professeur d'aéronautique et d'astronautique au MIT et consultant sur le projet NASA.

Les gens parlent depuis longtemps d'utiliser des matériaux intelligents dans les avions, mais ce qui [a] vraiment fait défaut, c'est le bon type d'actionneur pour le rendre pratique, dit Hall. Les efforts précédents, impliquant des actionneurs hydrauliques, se sont avérés trop lourds et lents pour être pratiques. Il est difficile de faire de l'hydraulique dans un châssis rotatif : vous avez besoin de suffisamment de force pour dévier le volet car les charges d'air sont très élevées, et vous devez le faire à la fréquence requise, explique Hall.

Vent soufflé : Des pales d'hélicoptère à grande échelle équipées des actionneurs ont été testées dans la plus grande soufflerie du monde, située au centre de recherche Ames de la NASA, en Californie. La soufflerie simule des conditions de vol équivalentes à un déplacement à 155 nœuds.

Le nouvel actionneur se trouve à l'intérieur du cadre en acier d'une pale de rotor près de la pointe de la pale, où les forces aérodynamiques sont les plus importantes, et d'un volet sur la partie arrière qui monte et descend en tournant. Les amplificateurs de puissance transmettent un champ électrique au matériau piézoélectrique à l'intérieur des actionneurs, et ce matériau répond en changeant de longueur, en se dilatant très légèrement (environ 10 à 20 millièmes de pouce). Celui-ci déplace une tige perpendiculairement au volet de lame, qui pousse le volet. Vous effectuez un petit mouvement, l'amplifiant suffisamment pour déplacer le volet de quelques degrés, dit Hall.

Mais le mouvement du volet crée un changement aérodynamique spectaculaire sur la pale. Le volet peut aider à générer de la portance ou de la vitesse de l'air, et, alors qu'un avion ne peut utiliser des volets que pour le décollage et l'atterrissage, ces volets peuvent être utilisés à tout moment pendant un vol en hélicoptère.

Ce qui est vraiment important, c'est que les matériaux piézoélectriques sont rigides et peuvent changer de forme rapidement. C'est ce qui en fait un actionneur acceptable, dit Hall. Les matériaux intelligents rendent également le système d'actionneur léger et compact. De plus, les chercheurs de la NASA ont conçu le système d'actionneurs pour s'adapter à la structure des pales des hélicoptères existants sans modifier de manière significative la conception des pales du rotor.

Les matériaux intelligents sont très prometteurs pour révolutionner la façon dont nous concevons, construisons et exploitons nos hélicoptères, déclare Warmbrodt.

Le projet pourrait avoir plusieurs retombées : l'armée américaine développe un deuxième rotor utilisant des moteurs électriques, et la DARPA vient d'annoncer un Rotor Adaptatif de Mission ( MER ), qui va se pencher sur un certain nombre de technologies, dont des matériaux intelligents, pour améliorer les pales de rotor utilisées dans les hélicoptères militaires.

Warmbrodt ajoute : Le programme DARPA MAR est la prochaine étape dans la façon dont nous allons changer radicalement la conception des pales d'hélicoptère pour atteindre un nouveau niveau de performance.

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