La maturation d’une toute nouvelle aile conçue pour réduire de 50 % la consommation de carburant dans le cadre d’un futur avion régional hybride électrique pourrait avoir lieu dans la seconde moitié de la décennie si un projet mené par Airbus Defence & Space se déroule comme prévu.
Travaillant au sein d’un consortium appelé HERWINGT (hybride électrique régional intégration de nouvelles technologies vertes d’intégration d’ailes régionales), la branche espagnole de l’unité de défense d’Airbus testera de nouveaux matériaux, configurations et techniques de fabrication qui devraient permettre la création d’une aile plus légère et aérodynamiquement améliorée.
Soutenu par l’organisme européen Clean Aviation avec une subvention de 21,8 millions d’euros (23,8 millions de dollars) dans le cadre de son premier cycle de financement, le projet aura d’ici 2025 suffisamment mûri tous les composants requis pour permettre une démonstration à grande échelle dans un éventuel seconde phase.
Antonio Hernandez Martin de Arriva, ingénieur en chef de Clean Aviation chez Airbus Defence & Space, déclare que l’objectif global de réduction de la consommation de carburant de la nouvelle aile est de 50 % au niveau de l’avion.
Cela sera réalisé de trois manières, explique-t-il : des configurations d’ailes à la pointe de la technologie avec une aérodynamique améliorée permettront une réduction de la consommation de carburant de 15 % au niveau des composants de l’aile ; de nouvelles structures, une meilleure intégration des systèmes et de nouveaux matériaux réduiront le poids de 20 % ; et enfin, les systèmes d’alimentation en carburant des ailes seront également compatibles avec le carburant d’aviation durable (SAF).
De plus, d’ici 2025, le projet aura produit des jumeaux numériques et des évaluations du cycle de vie des composants, des sous-systèmes et de l’aile complète, compatibles avec l’avion de référence du projet, ainsi qu’une feuille de route vers la préparation au vol de la nouvelle structure, ciblant une éventuelle entrée en service en 2035. Les exigences de certification seront également prises en compte « dès le début du projet », ajoute Hernandez.
Les activités dans le cadre de HERWINGT ont débuté en février de cette année, et les partenaires du consortium « travaillent maintenant sur les exigences et les configurations de l’aile » – un processus qui comprend la liaison avec d’autres programmes d’aviation propre, notamment un effort dirigé par Leonardo appelé HERA (hybride- architecture régionale électrique) : « Nous devons harmoniser les configurations et les exigences des ailes avec le projet HERA, où nous définissons les exigences au niveau de l’avion », dit-il.
Environ 15 projets de démonstrateurs de composants différents éclaireront la conception finale de l’aile, qui subira la phase de revue de conception préliminaire avant le milieu de 2024, suivie d’une revue de conception critique au début de 2025. « C’est un calendrier très serré », note Hernandez.
Cela semble un euphémisme compte tenu du nombre de nouvelles technologies, matériaux et procédés de fabrication à mettre en œuvre.
Les «technologies habilitantes» prévues comprennent de nouveaux matériaux tels que les composites thermodurcissables, thermoplastiques et infusés de résine permettant une réduction de poids, et la production de «structures hautement intégrées» à l’aide de procédés hors autoclave. Traditionnellement, les ailes composites ont été réservées aux avions gros porteurs, le processus de durcissement en autoclave lent – et coûteux – n’étant pas adapté aux taux de production élevés requis pour les applications d’avions monocouloirs ou régionaux.
Ces nouveaux matériaux ou processus faciliteront le développement de nouvelles architectures d’ailes et de structures plus intégrées qui devraient, selon Hernandez, aider à « minimiser, voire éliminer, le besoin de joints et de liaisons » dans l’aile.
HERWINGT implémentera en outre des systèmes de surveillance de la santé dans l’aile, nous permettant « de concevoir avec moins d’épaisseur et donc moins de masse », dit-il.
Des systèmes auxiliaires – par exemple, une protection contre le givrage par induction – seront également intégrés à la structure, réduisant encore les pénalités de poids et de traînée.
Hernandez dit que la traînée aérodynamique sera réduite par l’utilisation d’une conception à rapport d’aspect élevé qui utilise « des surfaces de contrôle de morphing avec des lois de contrôle de vol optimisées et une laminarité améliorée de l’aile ».
Enfin, de nouveaux capteurs, produits d’étanchéité et matériaux liés au système de carburant seront utilisés, conçus pour les rendre compatibles avec une large spécification SAF.
Ajoutant également à la complexité est l’impact sur la conception de l’aile sur d’autres parties de l’avion, telles que le fuselage et le système de propulsion.
Dans ce dernier cas, même si une configuration bimoteur « typique » est sélectionnée, il y aura toujours des défis d’intégration dus au poids supplémentaire et aux contraintes d’installation qu’un tel système impose.
« Par conséquent, l’un de nos principaux objectifs est de développer de nouveaux concepts de structure et de nouveaux matériaux pour l’aile où nous pouvons installer de tels nouveaux systèmes minimisant les pénalités de poids dans l’aérodynamique de la géométrie externe », explique Hernandez.
Les considérations de sécurité sont également primordiales, ajoute-t-il, parallèlement aux exigences imposées à la structure par le réseau électrique à haute tension, le système de gestion thermique et la source d’énergie – qu’il s’agisse de batteries, de piles à combustible ou d’hydrogène.
Mais avec une « configuration d’aile plus perturbatrice », impliquant par exemple une propulsion distribuée, « l’impact sur le concept de structure est beaucoup plus élevé » et nécessitera « des solutions de conception très créatives » pour obtenir la combinaison souhaitée de rigidité et de légèreté, déclare Hernandez.
« De plus, l’aérodynamique de la configuration de propulsion distribuée joue un rôle clé dans l’optimisation des performances de l’aile et des pénalités de poids de la structure de l’aile orientées vers la réduction de la consommation de carburant », ajoute-t-il.
S’il est sélectionné dans la deuxième phase de Clean Aviation, à partir de 2026, HERWINGT chercherait à faire progresser l’aile en tant que solution réalisable pour une configuration à deux moteurs avec une entrée en service prévue en 2035.
Pour l’instant, toute phase d’essais en vol n’est pas définie et sera discutée dans le cadre de la planification de la phase 2. Au cours du programme Clean Sky 2, prédécesseur de l’UE, Airbus Defence & Space a utilisé un transport tactique C295 modifié pour effectuer des évaluations similaires.
De plus, Hernandez voit la nécessité d’évaluer l’aile et le système de propulsion distribué à bord d’un modèle à l’échelle avant toute campagne d’essais en vol grandeur nature.
Airbus mène d’autres projets de recherche basés sur les ailes – Wing of Tomorrow et Extra Performance Wing, par exemple – qui, selon Hernandez, sont complémentaires à l’effort HERWINGT grâce à l’utilisation de matériaux communs et de systèmes intégrés.
Cependant, avec ces programmes visant davantage le segment des avions à fuselage étroit que les avions régionaux, il n’y a qu’un chevauchement limité car les ailes respectives sont optimisées pour différentes conditions de vol.
