Figure 9. Performances de l’aile avec le volet SMTE par rapport à une aile traditionnelle sous différents angles d’attaque : a) coefficient de portance, b) coefficient de traînée, c) efficacité de l’endurance, d) amplitude de déflexion du volet.
Les paramètres aérodynamiques optimaux d’une aile avec un volet SMTE pour obtenir une endurance maximale ont été obtenus sous différents angles d’attaque (figure9). Comme le montre la figure9 (a) et (b), pour l’aile dont les volets se déforment vers le bas, la portance et la traînée augmentent, mais l’augmentation de la portance est supérieure à celle de la traînée. Cependant, le diagramme d’efficacité de l’endurance (figure9-c) montre que la configuration de déformation entraîne une perte de performance à un angle d’attaque supérieur à AOA=7°. Par la suite, les performances des deux ailes sont les mêmes et au-dessus de cet angle de 7°, l’aile traditionnelle est plus performante que l’aile avec volet SMTE, car son endurance est plus élevée.
Phase de descente
La dernière condition de vol étudiée est la descente planée. Dans une navette spatiale, une descente non motorisée ou en vol plané, où aucun moteur n’est utilisé sur toute la distance entre l’orbite et le couloir d’atterrissage, est une condition de vol normale. Un bon équilibre entre portance, traînée et poids sert à l’atterrissage de la navette sans qu’aucune force propulsive ne soit nécessaire. Les planeurs offrent un autre exemple de ce type de descente. Néanmoins, une descente sans moteur n’est pas une condition de vol normale pour la plupart des aéronefs et elle ne se produit le plus souvent qu’en cas de panne de moteur, nécessitant des mesures d’urgence. Dans cette situation critique, la priorité absolue du pilote est d’avoir suffisamment de temps pour préparer un atterrissage d’urgence ou pour redémarrer le moteur. La diminution du taux de descente est la seule option qui permet d’allonger le temps de descente. La figure 10 montre l’équilibre des forces aérodynamiques en descente.
Figure 10. UAS-S45 en vol de descente avec ses forces aérodynamiques (A) et sa trajectoire de descente (B).
Nous avons étudié la descente de l’UAS-S45 sous quatre angles différents, de −5° à −8°, afin de trouver les meilleurs angles de descente et de déflexion pour l’aile avec le volet SMTE par rapport à l’aile traditionnelle. La figure11 montre les résultats de l’optimisation de l’aile UAS-S45 avec le volet SMTE où la fonction objectif (CD/CL3/2) a été minimisée sous différents angles d’attaque.
Figure 11. Comparaison du taux de descente entre une aile traditionnelle et une aile avec volet SMTE.
Comme le montre la figure11, sous tous les angles d’attaque, la déformation des volets a minimisé le taux de descente (ou elle a augmenté le temps de descente) par rapport à une aile sans volet. Si l’on évalue la réduction des taux de descente, la réduction maximale est obtenue à
γ=-5°, avec une réduction de 43% du taux, soit près de la moitié du taux de descente normal. La figure12 montre la déformation du volet SMTE sous chaque angle de descente.
Figure 12. Configuration optimale de l’aile d’un UAS-S45 avec volet SMTE pour un vol de descente planée.
Conclusion
Cette étude a portée sur le volet déformable lisse du bord de fuite (volet SMTE) pour l’enveloppe de vol d’un UAS-S45 (montée, croisière et descente planée), chacune ayant ses propres caractéristiques de vol. Notre but principal était de trouver la configuration optimale du volet SMTE pour ces trois conditions de vol, avec les fonctions objectif et les objectifs de vol correspondants.
En montée, le but était de trouver une configuration optimale pour augmenter le taux de montée par rapport à la configuration de l’aile traditionnelle. L’objectif a été atteint en diminuant au minimum la puissance motrice requise.
Les conditions du vol de croisière avaient deux buts: l’amélioration de la distance et l’augmentation de l’endurance en fonction de la mission de vol. Le but était d’augmenter les deux (distance et endurance) et de trouver la configuration optimale des volets SMTE pour chacune. En ce qui concerne l’amélioration de la distance, nous avons comparé le volet SMTE à la configuration du volet articulé. Le volet SMTE a surpassé le volet articulé sur de nombreux aspects, notamment l’augmentation de l’écoulement laminaire, la réduction des turbulences et l’amélioration des performances aérodynamiques globales. La configuration et l’angle d’attaque optimaux ont ensuite été définis pour maximiser l’endurance. Un gain d’endurance de 61,2% a été obtenu pour l’aile avec volet SMTE par rapport à l’aile traditionnelle.
Enfin, nous avons examiné la phase de descente planée dans le but de réduire le taux de descente à l’aide d’un volet SMTE. La réduction maximale du taux de descente pour l’aile déformable par rapport à une aile traditionnelle a été de 43%, à γ=-5°. L’amplitude minimale du taux de descente a été atteinte à γ=-6°, défini comme l’angle d’attaque optimal pour la descente planée.
Complément d’information
Pour plus d’informations sur cette recherche, veuillez lire l’article suivant :
Mir Hossein NEGAHBAN, Musavir BASHIR, Victor TRAISNEL, Ruxandra Mihaela BOTEZ, Seamless morphing trailing edge flaps for UAS-S45 using high-fidelity aerodynamic optimization, Chinese Journal of Aeronautics, Volume 37, Issue 2, 2024, Pages 12-29, ISSN 1000-9361, https://doi.org/10.1016/j.cja....
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