CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE DE PRÉDICTION DE
LA MASSE ET DES
PERFORMANCES DU BWB 19
2.1. Requis de la mission 19
2.1.1. Segment de mission à satisfaire par le BWB 19
2.1.2. Caractéristiques attendues de l'avion 20
2.2. Méthodologie de prédiction
détaillée de la masse de l'avion 21
2.2.1. Algorithme de calcul de la masse du BWB 21
2.2.2. Prédiction de la masse à vide de l'avion
23
2.3. Dimensionnement du groupe de propulsion 36
2.3.1. Poussée maximale des moteurs 36
2.3.2. Poids et dimensions des moteurs 38
2.3.3. Altitude de vol au maximum de distance 39
2.4. Design de la surface verticale et du train d'atterrissage
40
2.4.1. Design de l'empennage vertical 40
2.4.2. Design du train d'atterrissage 45
2.5. Estimation du coefficient de trainée à
portance nulle du BWB 48
2.5.1. Inventaire des sources de trainée 48
2.5.2. Estimation du coefficient de trainée parasite d'un
élément 49
2.6. Estimation des performances de l'avion 52
2.6.1. Estimation des distances de décollage et
d'atterrissage 52
2.6.2. Performance en montée et en descente 58
2.6.3. Facteur de charge et domaine de vol de l'avion 60
2.7. Équilibre et stabilité de l'avion 61
2.7.1. Notions de stabilité d'un avion 61
2.7.2. Marge statique et conditions de stabilité 62
2.7.3. Coefficient de moment et équilibre de l'avion 63
CHAPITRE 3 RÉSULTATS ET DISCUSSIONS 69
3.1. Résultats de l'évaluation de la masse du BWB
69
3.2. Coefficient de trainée à portance nulle du BWB
72
XII
3.3. Performance de la propulsion 74
3.3.1. Altitude de croisière pour une distance maximale
74
3.3.2. Poussée requise et poussée disponible en
croisière 75
3.3.3. Performance et dimension des moteurs 76
3.4. Caractéristiques et positionnement des surfaces
verticales 77
3.5. Type et dimensions du train d'atterrissage 80
3.6. Performances au décollage et à
l'atterrissage 81
3.7. Performances en montée et en descente 83
3.7.1. Performances pendant la montée du BWB 83
3.7.2. Performances pendant la descente 84
3.8. Facteur de charge et domaine de vol du BWB 84
3.9. Synthèse des spécifications
générales du BWB 86
CHAPITRE 4 CENTRAGE ET STABILITÉ DU BWB 89
4.1. Centrage des masses du BWB 89
4.1.1. Méthodologie de détermination du centre
de masse de l'avion 89
4.1.2. Détermination du centre de gravité du BWB
90
4.1.3. Positionnement du centre de gravité sur l'avion
93
4.2. Point neutre et stabilité statique du BWB 94
4.2.1. Détermination du point neutre du BWB 94
4.2.2. Analyse de la stabilité statique du BWB 103
CONCLUSION 113
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 125
LISTE DES TABLEAUX
Page
Tableau 1.1 : Caractéristiques de quelques BWB
conçus et testés 12
Tableau 1.2 : Paramètres critiques du BWB (Velazquez,
2020) 13
Tableau 1.3 : Paramètres géométriques du
BWB (Velazquez, 2020) 15
Tableau 1.4 : Paramètres aérodynamiques du BWB
(Velazquez, 2020) 16
Tableau 1.5 : Performances en croisière du BWB
(Velazquez, 2020) 16
Tableau 1.6 : Performance à basse vitesse du BWB
(Velazquez, 2020) 16
Tableau 1.7 : Masse détaillée du BWB,
prédite par Delacroix (2017) et Velazquez (2020) 17
Tableau 2.1 : Exigences de la mission (Velazquez, 2020) 20
Tableau 2.2 : Valeurs typiques des fractions de masse par
segment (Raymer, 2006) 21
Tableau 2.3 : Références du calcul
détaillé de la masse de l'avion 24
Tableau 3.1 : Prédiction de masse
détaillée du BWB 70
Tableau 3.2 : Répartition de la masse du BWB 71
Tableau 3.3 : Synthèse des résultats de calcul
du coefficient de trainée à portance nulle 73
Tableau 3.4 : Vitesses caractéristiques du BWB en
croisière 75
Tableau 3.5 : Performances des moteurs du BWB
(turbosoufflante) 76
Tableau 3.6 : Poids et dimensions d'un moteur 77
Tableau 3.7 : Données du design 78
Tableau 3.8 : Résultats du design de la surface
verticale 78
Tableau 3.9 : Dimensions des roues du train d'atterrissage
81
Tableau 3.10 : Données de calcul des distances de
décollage et d'atterrissage 81
Tableau 3.11 : Distances de décollage et d'atterrissage
du BWB 82
XIV
Tableau 3.12 : Synthèse des caractéristiques
générales du BWB 86
Tableau 4.1 : Localisation du centre de gravité du BWB
(moteurs à l'arrière du fuselage) 92
Tableau 4.2 : Données de paramètres
géométriques de l'avion 99
Tableau 4.3 : Localisation des centres aérodynamiques
du corps central et de l'aile
extérieure 100
Tableau 4.4 : Droites de portance et point neutre du BWB
101
Tableau 4.5 : Marge statique du BWB (moteurs à
l'arrière du fuselage) 104
Tableau 4.6 : Coefficient de moment du BWB (moteurs à
l'arrière du fuselage) 104
Tableau 4.7 : Localisation du centre de gravité du BWB
(moteurs sous l'aile) 107
Tableau 4.8 : Marge statique du BWB (moteurs sous l'aile)
108
Tableau 4.9 : Coefficients de moment du BWB (moteurs sous
l'aile) 109
LISTE DES FIGURES
Page
Figure 1.1 : Northrop YB-35, bombardier long-courrier (Rose,
2010) 6
Figure 1.2 : Bombardier furtif B-2A Spirit (Rose, 2010) 7
Figure 1.3 : Géométrie de base du Boeing BWB-450
(Liebeck, 2004) 8
Figure 1.4 : Prototype BWB X-48B (Gibbs, 2017) 9
Figure 1.5 : Prototype BWB X-48C (Creech et al, 2013) 10
Figure 1.6 : Prototype BWB AC 20.30 (Thomas et al, 2013) 11
Figure 1.7 : Prototype du BWB MAVERIC de Airbus (MAVERIC,
2020b) 12
Figure 1.8 : Sections finales du BWB (Velazquez, 2020) 14
Figure 1.9 : Configuration de la cabine (Velazquez, 2020)
15
Figure 2.1 : Segment de la mission (adapté de
Torenbeek, 2013) 20
Figure 2.2 : Vue en plan de la géométrie
simplifiée du BWB (Bradley, 2004) 26
Figure 2.3 : Procédure de design la surface verticale
(adapté de Sadraey, 2012) 42
Figure 2.4 : Paramètres d'empennage vertical (Sadraey,
2012) 43
Figure 2.5 : Positionnement longitudinal du train
d'atterrissage par rapport au centre de
gravité (Howe, 2000) 46
Figure 2.6 : Positionnement transversal et vertical du train
d'atterrissage par rapport au centre
de gravité (Howe, 2000) 46
Figure 2.7 : Schéma d'illustration des phases de
décollage (Corke, 2003) 53
Figure 2.8 : Schéma d'illustration des phases
d'atterrissage (Corke, 2003) 56
Figure 2.9 : Variation du coefficient de moment avec l'angle
d'attaque (cas stable) 64
Figure 3.1 : Altitude requise en croisière en fonction
de la vitesse 74
Figure 3.2 : Courbe Poussée-Vitesse du BWB 75
XVI
Figure 3.3 : Vue multiple du BWB, moteurs en arrière du
fuselage 79
Figure 3.4 : Vue de dessus du BWB, moteurs et surfaces
verticales placés 80
Figure 3.5 : Courbe de variation du taux de montée du
BWB 83
Figure 3.6 : Courbe de variation du taux de descente du BWB
(moteurs éteints) 84
Figure 3.7 : Diagramme V-n du BWB, à altitude de
croisière 85
Figure 4.1 : Positionnement du centre de gravité du BWB
93
Figure 4.2 : Modèle simplifié du bilan des
forces appliquées à un BWB 94
Figure 4.3 : Localisation des centres aérodynamiques du
corps central et de l'aile 96
Figure 4.4 : Droite de portance du BWB 102
Figure 4.5 : Comparaison entre les droites de portance
analytique et CFD du BWB 103
Figure 4.6 : Variation du coefficient de moment du BWB
(moteurs à l'arrière du fuselage)
105
Figure 4.7 : Variation du coefficient de moment du BWB
(moteurs sous l'aile) 109
Figure 4.8 : Vue isométrique du design final du BWB
110
Figure 4.9 : Vues de face et de gauche du design final du BWB
111
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET
ACRONYMES
2D Deux dimensions
3D Trois dimensions
AR Arrière
AV Avant
BFL Balanced Field Length
BPR Bypass Ratio
BWB Blended-Wing-Body
CAD Computer Aided Design
CB Centerbody
CFD Computional Fluid Dynamics
CG Center of Gravity
ÉTS École de Technologie Supérieure
FAA Federal Aviation Administration
FAR Federal Aviation Regulations
ISA International Standard Atmosphere
LE Leading Edge
MAC Mean Aerodynamic Chord
MAVERIC Model Aircraft for Validation and Experimentation of
Robust Innovative Controls
MEW Maximum Empty Weight
MFW Maximum Fuel Weight
MLW Maximum Landing Weight
MTOW Maximum Take-Off Weight
MZFW Maximum Zero-Fuel Weight
NACA National Advisory Comity for Aeronautics
OEW Operating Empty Weight
OW Outer Wing
PAX Passagers
RAC Règlement de l'Aviation Canadien
XVIII
RANS Reynolds Averaged Navier-Stokes
SL Sea Level
SM Static Marge
TAW Tube-And-Wings
TFT Laboratoire de Thermofluide pour le Transport
TOL Take-off and Landing
TSFC Thrust Specific Fuel Consumption
TW Transition Wing
VELA Very Efficient Large Aircraft
LISTE DES SYMBOLES ET UNITÉS DE MESURE
Pente de portance du profil d'aile (2D) [rad-1]
Angle d'attaque [deg ou rad]
Angle d'incidence à portance nulle [deg ou rad]
Allongement [-]
Envergure de l'aile [m]
Corde de l'aile [m]
Corde moyenne aérodynamique [m]
Coefficient global de traînée (3D) [-]
Coefficient de trainée du profil d'aile (2D) [-]
Coefficient de traînée à portance nulle (3D) [-]
Coefficient de friction de la plaque plane [-] Coefficient global
de portance (3D) [-]
Coefficient de portance du profil d'aile (2D) [-] Pente de
portance de l'aile complète (3D) [rad-1]
Dérivée du coefficient de portance par rapport à l'angle
d'attaque [-] Coefficient global de portance maximal (3D) [-]
C l max
Coefficient de portance maximal du profil d'aile (2D) [-]
C m 0
CM
CM ? Cm
?
D
CV
Coefficient de moment à portance nulle [-]
ou Coefficient global de moment [-]
ou Dérivée du coefficient de moment par rapport
à l'angle d'attaque [-]
Coefficient de volume d'empennage vertical [-] Résultante
des forces de trainée[N]
XX
RC
Endurance [s]
1D Coefficient d'Oswald [-]
Facteur de forme [-]
Facteur de structure-usine (à vide) [-]
Facteur de structure opérationnel [-]
Accélération de la pesanteur [m/s2]
Gradient de montée [-] Angle de monté [deg]
Angle de descente [deg]
Altitude[m]
Coefficient d'efficacité d'envergure [-] Marge statique
[-]
? Résultante des forces de portance [N]
Finesse [-]
Re
Angle de flèche [deg ou rad]
Effilement [-]
Longueur entre les quarts de corde de l'aile extérieure et
de l'empennage vertical [m]
ou Nombre de Mach [-]
Moment [Nm]
Coefficient de friction de la piste [-] Facteur de charge [-]
Facteur d'interférence [-]
Rayon d'action [m] Taux de montée [m/s] Taux de descente
[m/s]
Nombre de Reynolds sur la longueur caractéristique [-]
Masse volumique de l'aire [kg/m3]
XXI
h Surface [m2]
Surface de référence ou surface alaire
[m2]
Surface mouillée [m2]
Force de poussée [kN]
Épaisseur relative du profil d'aile [-]
Ratio poussée/poids [-]
Vitesse [m/s]
Viscosité cinématique [m2/s] Poids ou
masse [N, kg ou lb] Charge alaire [kg/m2]
Coordonnée sur l'axe longitudinal de l'avion [m]
LISTE DES INDICES PARTICULIERS
ac Centre aérodynamique
bwb Blended-Wing-Body
cg Centre de gravité
climb Montée
cr Croisière
des Descente
eng Moteur (engine)
fus Fuselage
LE Bord d'attaque
main Principal
max Maximum
min Minimum
np Point neutre
r ou root Racine
ref Référence
stall ou s
Décrochage
t ou tip Extrémité
V ou VT Empennage vertical
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