Une équipe d’ingénieurs a conçu et testé une forme radicalement nouvelle d’une aile d’avion, construite à partir de centaines de petites pièces identiques. Cette aile peut changer de forme pour contrôle le vol de l’avion, et pourrait permettre d’augmenter grandement la production, le vol et l’efficacité de l’entretien des appareils, soutiennent les chercheurs.
Cette nouvelle approche de la construction des ailes pourrait permettre d’obtenir davantage de flexibilité dans la conception et l’entretien des futurs avions. Ce concept a été testé dans une soufflerie de la NASA et est décrit dans un article paru dans Smart Materials and Structures.
Plutôt que d’utiliser des surfaces amovibles, tels les ailerons, pour contrôler le roulis et le tangage, comme cela est le cas sur des avions conventionnels, le nouveau système d’assemblage offre la possibilité de déformer l’ensemble de l’aile, ou certaines sections seulement, en incorporant un mélange de composantes fixes et flexibles dans sa structure. Ces petites pièces, qui sont reliées pour construire un cadre ouvert et léger, puis couvertes par un matériau de polymère similaire à celui qui forme le cadre en question.
On obtient en bout de ligne une aile qui est beaucoup plus légère, et donc bien plus efficace sur le plan énergétique, que les ailes de conception conventionnelle, qu’elles soient faites en métal ou en matériaux composites, soutiennent les chercheurs.
Puisque la structure, qui comprend des milliers de petits triangles et de liens qui relient les autres pièces entre elles, est majoritairement composée d’espace vide, elle forme un « métamatériau » mécanique qui combine la rigidité structurelle d’un polymère ressemblant au caoutchouc et la légèreté extrême et la faible densité d’un aérogel.
Selon Benjamin Jenett, l’un des chercheurs ayant collaboré à l’étude, pour chaque phase d’un vol – décollage, atterrissage, manoeuvres, etc. –, on fait appel à des paramètres différents pour optimiser le fonctionnement de l’aile; une structure traditionnelle représente donc un compromis qui n’est jamais entièrement optimisé, et entraîne donc des pertes d’efficacité. Une aile pouvant constamment se déformer pourrait permettre d’atteindre une meilleure approximation de la meilleure configuration pour chaque étape.
Histoire d’aller encore plus loin, et ainsi éviter de devoir inclure des moteurs et des câbles pour modifier la configuration de l’aile, l’équipe de chercheurs a conçu un système qui s’adapte automatiquement aux changements aérodynamiques en transformant sa forme petit à petit.
Un premier prototype, long d’environ un mètre, avait déjà été testé il y a quelques années. La nouvelle version, longue de près de cinq mètres, est d’une taille comparable à un vrai avion monoplace et pourrait aisément être fabriquée en usine.
Selon Kenneth Cheung, qui a lui aussi participé aux travaux, chaque pièce formant l’aile peut être produite en 17 secondes seulement, selon un principe de fabrication en trois dimensions.
Une fois assemblé, le cadre formant l’aile nouveau genre possède une densité de 5,6 kilogrammes par mètre cube. Comparativement, la densité du caoutchouc atteint environ 1500 kilos par mètre cube. « Les deux matériaux ont la même rigidité, mais le nôtre est environ 1000 fois moins dense », précise M. Cheung.
Toujours selon M. Jenett, l’aspect modulaire de la nouvelle méthode d’assemblage signifie que d’autres structures pourraient tirer profit de cette percée technologique, y compris les éoliennes. Ainsi, plus besoin de transporter les pales gigantesques sur place; il suffirait d’y installer une usine à composantes et à « construire » les pales sur place, précise-t-il.
