Ailerons, gouvernails, volets d'ailes - tout ce qui permet à un avion de rester droit ou de le laisser tracer une nouvelle route - n'était qu'une approximation. Normalement, ces pièces se fixent à l'arrière de l'aile et de la queue et, lorsqu'elles montent ou descendent, elles créent une traînée et font en sorte que l'avion change de direction ou d'altitude.
Une aile continue et flexible construite par la NASA et des collaborateurs du MIT, de l’Université de Californie, de Santa Cruz et de plusieurs autres universités pourrait atteindre le même résultat plus efficacement, en réduisant à la fois la consommation de carburant et le coût de construction des avions.
«L’un des points principaux est que nous pouvons obtenir ce type de performance à un coût extrêmement bas», déclare Kenneth Cheung, un scientifique de la NASA qui est co-responsable du projet. "Et il y a cette promesse d'évolutivité du fait que nous pouvons utiliser des blocs de construction relativement petits."
L'aile, décrite dans le journal Soft Robotics , est composée de petites pièces en fibre de carbone qui se croisent pour former un réseau léger et flexible, toujours rigide dans toutes les directions.
La traînée sur une aile traditionnelle induit une sorte de courant d’air tourbillonnant autour de l’aile (plus que ce qui est nécessaire pour la portance seule) et cet air vibre selon ce que l’on appelle les modes de flottement, dont la forme, la taille et la fréquence dépendent de la vitesse de rotation. le métier. Une aile rigide et lourde comme celle en aluminium sur un 747 est suffisamment solide pour résister aux vibrations et ne pas se cisailler, même à grande vitesse. Selon Cheung, il s’agit d’un modèle que les avions ont réussi à atteindre en se basant sur des décennies de vol plus rapide.
Le résultat est que, tout autour d'un avion en vol, des formes en mouvement sont constituées d'air. Cheung les appelle le flux libre et son but est d'adapter à tout moment la forme de l'avion au flux. Une torsion dans l'aile peut faire en sorte que l'avion change de forme en douceur, un peu comme un surfeur attrapant une vague.
Le principe de base du nouveau concept est l’utilisation d’un ensemble de petites pièces structurelles légères pouvant être assemblées dans une infinité de formes. (Kenneth Cheung / NASA) «Les ailerons rigides ne sont qu’une approximation approximative de la condition que vous essayez d’atteindre», dit-il. "Ainsi, les gains d'efficacité obtenus en faisant correspondre la condition aérodynamique peuvent être très importants."
Ce n'est pas nouveau de construire une aile capable de changer de forme. En fait, les frères Wright l'ont fait - leur avion était basé sur des ailes de bois et de toile souples. Plus récemment, Airbus a expérimenté des ailes flexibles imprimées en 3D et une société appelée FlexSys a publié ce mois-ci une vidéo d'un aileron plus traditionnel qui se plie au lieu de diapositives.
«Il s’agit d’une amélioration très importante de l’efficacité d’un avion», déclare David Hornick, président et chef de l’exploitation de FlexSys. «Vous conservez réellement une forme aérodynamique lorsque vous utilisez cette approche de transformation. La forme de la surface portante est toujours là, vous réduisez la quantité de traînée qui serait créée en plaçant une surface de contrôle articulée dessus. "
«L’aile totalement flexible sera un peu difficile», dit Hornick, car elle ressemble moins aux formes d’ailes traditionnelles. "Mais très honnêtement, ce qu'ils font est assez remarquable."
D'autres chercheurs de l'Université de technologie de Delft et du Texas A & M ont également conçu et construit des ailes de morphing, mais la particularité de l'aile de la NASA réside à l'intérieur. La fibre de carbone est légère, moulable et rigide. Mais il est fragile et susceptible de se briser lorsqu'il est sollicité dans la mauvaise direction. Cheung et son équipe ont développé une petite unité emboîtable qui peut être assemblée pour former un réseau tridimensionnel en fibre de carbone. Individuellement, ils sont raides, mais l'ensemble est flexible. C'est aussi extrêmement léger.
«Si vous utilisez cette stratégie fondamentale pour construire ces réseaux tridimensionnels à partir de pièces en fibre de carbone, vous obtenez quelque chose que vous pouvez traiter en tant que matériau continu», explique Cheung. «Vous obtenez une performance incroyablement bonne. Nous avons en fait montré la rigidité spécifique la plus élevée jamais montrée pour un matériau ultra léger. ”
Une fois le treillis construit, l’équipe a passé une tige du fuselage au bout de l’aile qui, lorsqu’elle est entraînée en rotation par un moteur situé dans le corps de l’avion, fait pivoter le bout et suit le reste de l’aile. Le tout est gainé dans un polyimide appelé Kapton, un matériau cuivré semblable à un ruban utilisé dans les cartes de circuit imprimé souples.
Une architecture d'aile nouvellement développée pourrait grandement simplifier le processus de fabrication et réduire la consommation de carburant en améliorant l'aérodynamisme de l'aile. Il est basé sur un système de minuscules sous-unités légères qui pourraient être assemblées par une équipe de petits robots spécialisés et pourraient finalement être utilisés pour construire la cellule entière. (Kenneth Cheung / NASA) Un autre avantage est la modularité des composants; presque toute l'aile a été assemblée à partir de pièces identiques, ce qui signifie qu'une compagnie aérienne qui souhaite les utiliser pourrait également économiser beaucoup de temps sur le processus de fabrication. Ils pourraient également être remplacés individuellement, ce qui signifie des réparations moins coûteuses, ou reconfigurés dans de nouvelles formes pour d'autres aéronefs.
"Ce qu'ils ont fait, c'est qu'ils ont utilisé ces structures légères et rigides de manière à rendre l'ensemble de la structure déformable", explique Haydn Wadley, professeur en science des matériaux et en génie, qui travaille sur des réseaux de formes déformables mais solides. alliages à mémoire à l'Université de Virginie. "C'est le genre de chose, vous pourriez imaginer une éolienne qui modifie la forme d'une surface portante pour déterminer la quantité d'énergie aspirée par le vent."
L’équipe de recherche a déjà monté l’aile dans un avion télécommandé et les prochains vols d’essai porteront sur des avions plus gros - jusqu’à trois mètres d’envergure - équipés de capteurs installés pour surveiller l’aile et son adaptation au flux d’air qui l’entoure. . Finalement, la technologie pourrait apparaître dans des avions pilotés ou même des avions commerciaux. Mais même le ciel pourrait ne pas être la limite.
«Nous attendons également des applications spatiales potentielles. De toute évidence, si vous construisez un vaisseau spatial ou un habitat dans l'espace, vous ne disposez pas d'une usine pour le construire », déclare Cheung. «Nous savons que toutes ces applications dans l’espace sont beaucoup plus volumineuses que nous ne pouvons les lancer, nous devons donc les construire.»
