Un éventuel successeur des turbopropulseurs régionaux actuels pourrait être doté d’une aile composite à allongement élevé et à entretoises avec des bords d’attaque et de fuite morphologiques, en fonction des résultats d’un projet de recherche et de technologie en cours.
Dirigé par Airbus Defence & Space et financé en partie par le programme Clean Aviation de l’UE, le projet HERWINGT vise à développer une aile pour un futur avion régional qui soit 15 % plus économe en carburant et 20 % plus légère au niveau des composants que les conceptions de pointe actuelles.
Lancé en janvier 2023 et se déroulant jusqu’à fin 2025 dans le cadre de la première phase de Clean Aviation, le projet s’approche désormais d’une série d’étapes critiques qui lui permettront l’année prochaine de commencer à construire plus d’une douzaine de démonstrateurs matériels distincts.
En utilisant un avion bimoteur comme base, les études commerciales réalisées jusqu’à présent ont permis à l’équipe HERWINGT de limiter son architecture préférée à une configuration à entretoises plutôt qu’à une aile en porte-à-faux traditionnelle.
Sebastian Pellicer Sotomayor, coordinateur du projet et membre de l’équipe d’ingénierie en chef R&T chez Airbus Defence & Space, affirme que l’aile à entretoises s’est avérée être la plus capable de supporter le rapport hauteur/largeur élevé requis pour une meilleure efficacité aérodynamique.
Avec un rapport hauteur/largeur de l’aile passant de 12 à 17 sur l’ATR 72-600 utilisé comme avion de référence du projet, Pellicer affirme que l’aile à entretoises était plus légère que la conception en porte-à-faux concurrente – ce qui aurait nécessité un renforcement important à la racine pour lutter contre le « moment de flexion élevé » de l’aile longue et fine.
Pellicer ne précise pas l’envergure de la nouvelle aile mais souligne qu’elle sera plus longue que les 27 m (89 pieds) de l’ATR.
Selon les calculs du projet, les éventuelles pénalités aérodynamiques dues à la jambe de force ne sont « pas si graves » lorsqu’elles sont mesurées par rapport aux avantages en termes de poids de la structure, ajoute-t-il.
Les spécifications de l’aile ont été élaborées par HERA, un autre projet de Clean Aviation, qui étudie les exigences au niveau de l’avion pour un futur turbopropulseur régional. Ce projet prévoit un avion avec un poids maximum au décollage d’environ 30 t, contre 23 t pour l’ATR 72-600, qui sera capable de transporter jusqu’à 100 passagers sur des trajets de 270 à 540 nm (500 à 1 000 km).
Les travaux visant à créer une maquette numérique détaillée de l’aile à haubans sont en cours, explique Pellicer. Mais en parallèle, des analyses sont en cours pour une conception adaptée à une configuration de propulsion distribuée, basée sur deux moteurs électriques de 1,1 MW et un seul moteur hybride parallèle sur chaque aile. La puissance de sortie maximale semble être d’environ 8 MW, d’après les données préliminaires.
Pellicer affirme qu’il est trop tôt pour commenter la conception probable, sauf pour dire que sur la base des études initiales, une aile combinant à la fois l’architecture à entretoises et la propulsion distribuée n’est « pas l’option préférée ».
Bien qu’il ne puisse pas l’écarter pour le moment, « les données préliminaires dont nous disposons montrent que pour la propulsion distribuée, nous devrons utiliser un rapport hauteur/largeur plus petit » en raison du poids des moteurs individuels « et lorsque vous faites cela, la jambe de force n’est pas si importante ».
Il espère avoir sélectionné la configuration préférée d’ici la fin de l’année.
En attendant, les activités de conception préliminaires de plusieurs composants de l’aile devraient être achevées d’ici septembre, suivies d’une phase de revue critique de la conception vers la fin de l’année. Une fois cette étape franchie, la production des 16 démonstrateurs physiques du projet pourra commencer début 2025, avant les tests de mi-année.
Conçus et construits par les 26 membres du consortium HERWINGT, issus à la fois du monde universitaire et de l’industrie, les démonstrateurs individuels couvrent tous les aspects de l’aile, y compris la boîte de torsion, la boîte centrale, la boîte d’aile extérieure et les bords d’attaque et de fuite.
En fait, le projet évalue quatre conceptions différentes pour le seul bord d’attaque, chacune comportant des technologies de fabrication ou des systèmes embarqués différents, tels que la protection anti-givrage ou la surveillance de l’état structurel ; les bords d’attaque et de fuite transformables – le volet et l’aileron – seront également testés.
Ces surfaces morphing, conçues par le Politecnico Milano en Italie et la TU Delft aux Pays-Bas, sont destinées à améliorer les performances aérodynamiques de l’aile en permettant des changements automatiques de la géométrie sans avoir besoin d’une ligne de charnière sur la surface de l’aile – « cela vous donne une transition en douceur », explique Pellicer, et améliore le flux laminaire et réduit la traînée.
Ils seront intégrés à différents démonstrateurs pour tester à la fois le fonctionnement du mécanisme de morphing lui-même – intégré à la surface de contrôle – et, en soufflerie, pour valider les bénéfices aérodynamiques.
Le projet fournit un ensemble de ce que Pellicer appelle des « ingrédients » – des technologies qui ont été testées et affinées dans un démonstrateur particulier mais qui, plus tard lors de l’intégration dans l’aile, peuvent être utilisées dans de multiples composants. Ainsi, même si le système anti-givrage peut être intégré dans le bord d’attaque en thermodurcissable pour les tests, s’il s’avère concluant, il pourrait éventuellement être incorporé dans une conception thermoplastique finale.
« Peut-être que nous conclurons qu’une technologie particulière n’est pas optimale ou adaptée à l’usage dédié que nous avions prévu à l’origine ; peut-être que nous déciderons qu’il est préférable de l’utiliser dans le volet ou ailleurs », dit-il.
« Nous espérons parvenir à une configuration finale de l’aile avec de nombreuses technologies matures et éprouvées d’ici la fin de l’année prochaine. Mais pour être tout à fait honnête avec vous, je ne m’attends pas à ce que toutes les technologies réussissent », dit-il.
En prévision du démarrage des activités de production en 2025, le projet a commencé à préparer l’outillage et à réaliser des « tests de bas niveau » ou des études de dérisquage.
Par exemple, en collaboration avec le fournisseur de matériaux composites Hexcel, elle a prouvé que le composite infusé de résine liquide peut atteindre l’épaisseur nécessaire pour l’aile. « Ce fut un grand succès car nous avons élargi les capacités du matériau », explique Pellicer.
HERWINGT s’inscrit dans le domaine thématique des avions régionaux hybrides-électriques de Clean Aviation et, à ce titre, travaille en étroite collaboration avec les autres projets de ce domaine : HERFUSE pour le fuselage, HE-ART pour le système de propulsion, HECATE pour le système de distribution électrique et HERA pour l’ensemble de l’architecture de l’avion.
« Je suis vraiment satisfait du flux d’informations entre les différents projets », déclare Pellicer.
Alors que Clean Aviation envisage de passer à une deuxième phase à partir de 2026, comprenant des essais en vol, le projet HERWINGT réfléchit déjà à la manière dont il fera progresser ses technologies vers l’étape suivante en tant qu’aile de démonstration unique.
Pellicer estime que le résultat le plus probable est un ATR 72-600 modifié comme banc d’essai volant, mais il prévient qu’il est trop tôt pour confirmer cette stratégie. Il n’est pas non plus clair à ce stade « quel niveau de modification nous serons autorisés à apporter à l’aile ». Tout changement majeur nécessiterait l’accord d’ATR et du régulateur européen, note-t-il.
