Memoire Online - Evaluation des performances d'un design d'avion de type blended-wing-body de 100 passagers

Déplacer les moteurs de l'arrière du fuselage pour les placer sous l'aile de l'avion permettrait d'avancer le centre de gravité de l'ensemble. Cette configuration du BWB avec les moteurs sous l'aile est similaire à celle du BWB A0.30 présenté à la section 1.1.

GROUPE	DÉTAIL DES ÉLÉMENTS	MASSE [kg]	CG Xi [m]	Position du CG
ÉLÉMENTS	Structure de la Cellule
STRUCTURAUX	Aile	2754	14,8	35%
	Empennage VT	606	20,7	35%
	Fuselage (cellule centrale)	4546	10,9	35%
	Train d'atterrissage AV	244	2,0	5-10%
	Train d'atterrissage AR	1384	12,6	Donnée par Howe (2000)
				Au voisinage
	Groupe de Propulsion	5859	11,0	du CG de
				l'avion
	Équipement & Instruments
	Air Conditionné	767	7,5	30-50%
	Avioniques	560	2,5	10-40%
	Systèmes Hydrauliques	85	10,0	40-50%
	Systèmes Électriques	291	7,5	30-50%
	Dégivreur	97	7,5	30-50%
	Instruments	136	7,5	30-50%
	Équipements de manutention	15	7,5	30-50%
	APU	11	7,5	30-50%
	Ensemble fournitures	2933	7,5	30-50%
	(sièges, mobilier, etc.)
CHARGE UTILE	Passagers, y compris les bagages à main	8165	9,4	80-100%
	Conteneurs LD-3 (qté 2)	2688	9,3	80-100%
	Eau, nourriture, équipements de sécurité...	1200	5,0	20-40%
ÉLÉMENTS	Équipage	425	2,5	10%
OPÉRATIONNELS	Masse de pénalité	209	5,0	20-30%
CARBURANT	Carburant Aile	4480	15,0	40%
	Carburant CB	4480	5,8	50-100%
MASSES DE	MTOW	41895	10,10
L'AVION	OEW	20923	10,59
	MZFW	32975	10,00

Ainsi, cette nouvellement configuration permet d'avancer le centre de gravité de l'avion de 1,09 mètre à MTOW, 2,24 mètres à OEW et de 1,38 mètre à MZFW. Le point neutre étant situé à 11,62 mètres (c'est-à-dire en arrière de tous les centres de gravité), il apparait d'évidence que l'avion est stable. Par ailleurs, le centre de gravité maximum avant n'est plus à MTOW, mais plutôt à MZFW. Le centre de gravité maximum arrière demeure à OEW.

Le tableau 4.8 présente les valeurs de marges statiques obtenues, avec cette nouvelle configuration.

Au regard des valeurs de marges statiques présentées dans le tableau 4.8, il apparait qu'à OEW, à MZFW et à MTOW, le BWB reste longitudinalement stable, avec une marge statique supérieure à 5%, ce qui satisfait aux exigences règlementaires de la FAA.

Maintenant, il serait important de se rassurer que les angles d'équilibres de l'avion sont raisonnables. Le tableau 4.9 présente les valeurs et expressions des coefficients de moment de l'avion, pour chaque considération de masse.

Paramètre	Notation	Valeur/Expression	Commentaire
			Profil
		0,0177
Coefficient de moment à			LA2573A
portance nulle du profil d'aile			Profil
		- 0,1162	SC(2)-0712
Coefficient de moment à		0,00298
			E-2.112
portance nulle de l'aile 3D		- 0,08503
Coefficient de moment à portance nulle du BWB		0, 00873	E-2.110
Coefficient de moment du BWB			E-2.101

Au regard des équations de droites des coefficients de moment présentées dans le tableau 4.9, il apparait que toutes sont à pente négative, ce qui confirme la stabilité de l'appareil.

La figure 4.7 illustre la variation du coefficient de moment du BWB en fonction de l'angle d'attaque, pour les trois considérations de masse.

Au regard de cette figure, il en ressort que l'attitude de l'avion à MTOW et à MZFW sera quasi identique, car les droites de coefficient de moment sont presque confondues, avec un même angle d'équilibre d'environ - 0,8°. Par ailleurs, à OEW l'angle d'équilibre de l'avion se situerait à environ 0,1°. Ces valeurs d'angles d'équilibre sont très raisonnables comparativement à celles trouvées à la section précédente où les moteurs étaient placés à l'arrière du fuselage.

La stabilité de l'avion étant satisfaite, la configuration finale du BWB sera avec moteurs placés sous l'aile. Les figures 4.8 et 4.9 présentent le design actualisé du BWB. Comme pour la configuration précédente, le modèle CAD de l'avion a été réalisé à l'aile du logiciel CATIA V5, en partant de la géométrie initiale de Velazquez (2020). Par ailleurs, des winglets de forme trapézoïdale ont été ajoutés au design, tel que préconisé par Delacroix (2017) dans ses travaux sur la stabilité de l'avion. Ces winglets ont une longueur de base correspondant à la longueur de la corde à l'extrémité de l'aile, une hauteur de 2 mètres et un effilement de 0,75, en concordance avec les résultats de Delacroix (2017) sur l'analyse de la stabilité dynamique du BWB.

Le profil d'aile NACA 0012 a été sélectionné pour le design des mâts des moteurs et des winglets, tel que l'avait considéré Delacroix (2017). L'avantage de choisir un tel profil est que, du fait de sa symétrie, les mâts des moteurs et les winglets ne généreront aucun moment de lacet indésirable tant que leur incidence reste nulle.

Parvenu au terme de ce chapitre, dont l'objectif était d'effectuer le centrage des masses de l'avion puis d'analyser sa stabilité statique, il en ressort que, avec un point neutre situé à 11,62 mètres du nez de l'appareil et pour des centres de gravité maximum avant et arrière situés à 11,18 et 12,82 mètres respectivement, la configuration de l'avion avec les moteurs placés à l'arrière du fuselage est instable. Pour rendre l'avion stable, la solution adopter a été de changer la position des moteurs pour les placer sous l'aile extérieure, pareillement que pour le BWB A0.30. Avec cette nouvelle configuration, le BWB est stable aussi bien à OEW (marge statique 6,12%), à MZFW (marge statique 10,0%) qu'à MTOW (marge statique 9,01%) et sa marge statique est supérieure à 5%, tel qu'exigé par la règlementation de la FAA pour les avions de transport des passagers.

Evaluation des performances d'un design d'avion de type blended-wing-body de 100 passagers

4.2.2.3. Configuration de l'avion, moteurs placés sous l'aile