Development of a multidisciplanry design optimization framework for the wing and its control surfaces involving a load alleviation function

Dans les recherches d'une aviation plus durable, notamment via des avions plus efficaces, les ailes à grand allongement (HAR) offrent des avantages aérodynamiques significatifs mais introduisent des défis liés à l'augmentation du poids structurel et de la flexibilité. L'allègement des charges en manœuvre (MLA), souvent mis en œuvre sous la forme d'une fonction d'allègement des charges (LAF), est une technologie clé permettant de surmonter ces défis. Le LAF est une technique multidisciplinaire qui utilise les surfaces de contrôle pour redistribuer activement la portance aérodynamique vers l'emplanture lors de manœuvres ou de rafales, réduisant ainsi le moment de flexion maximal de l'aile et permettant une structure d'aile plus légère.Le succès de la mise en œuvre du MLA repose sur une approche complète de conception et optimisation multidisciplinaire (MDO) pour définir le dimensionnement, le placement et la stratégie de braquage optimaux des gouvernes. Cette optimisation est complexe, impliquant la physique couplée de l'aérodynamique, de la dynamique du vol, de l'analyse structurelle, et de l'aéroélasticité statique et dynamique. Le défi principal réside dans la maximisation de la réduction de poids grâce à l'allègement des charges, tout en satisfaisant simultanément les critères de certification pour les qualités de vol (HQ) de l'aéronef et en garantissant une conception exempte de problèmes aéroélastiques tels que l'inversion des gouvernes et le flottement.Des études analytiques et numériques révèlent que le placement optimal des ailerons pour l'allègement des charges est très sensible à plusieurs facteurs. Les modèles analytiques démontrent que les conditions d'équilibrage de l'aéronef sont un paramètre dominant, capable de déplacer la position optimale de l'aileron d'environ 71 % à 82 % de l'envergure lorsque l'équilibrage est pris en compte. La distribution de portance de l'aile est également très influente, tandis que l'envergure de l'aileron et la flexibilité de l'aile (pour les ailes droites) ont un impact comparativement mineur.S'appuyant sur ces connaissances, des modèles de calcul plus avancés intégrant l'aérodynamique et l'aéroélasticité non linéaires montrent que ces effets, en particulier pour les ailes à grand allongement, poussent la position optimale de l'aileron encore plus vers l'emplanture. Pour aborder cette complexité, cette recherche se concentre sur le développement de nouveaux cadres méthodologiques d'optimisation multidisciplinaire (MDO) qui intègrent ces disciplines critiques. Ces cadres visent à améliorer les méthodes existantes en considérant une large gamme de cas de charge et de points de vol, qui sont cruciaux pour évaluer la faisabilité de la conception et la certification. En utilisant une approche multi-fidélité, allant des modèles analytiques fondamentaux aux outils aéroélastiques non linéaires rapides, ce travail facilite une exploration efficace de l'espace de conception, fournissant les connaissances nécessaires pour pondérer les exigences concurrentes de réduction des charges structurales et de performance de l'aéronef pour la prochaine génération d'avions.