Les alliages à mémoire de forme pourraient aider les avions à atterrir sans un coup d’œil

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Crédit : CC0 Domaine public

Avoir une maison près d’un aéroport achalandé a certainement ses avantages. Il est proche de nombreux établissements et atténue le problème de patauger dans un trafic sans fin pour prendre des vols. Mais cela a un coût : tolérer les sons discordants des avions commerciaux lors de l’atterrissage et du décollage.

Des chercheurs de la Texas A&M University ont mené une étude informatique qui valide l’utilisation d’un alliage à mémoire de forme pour réduire le bruit d’avion désagréable produit lors de l’atterrissage. Ils ont noté que ces matériaux pourraient être insérés en tant que charges passives et sans soudure dans les ailes d’avion qui se déploient automatiquement dans la position parfaite pendant la descente.

« Lors de l’atterrissage, les moteurs d’avion sont ralentis très loin, et ils sont donc très silencieux. Toute autre source de bruit, comme celle provenant des ailes, devient assez perceptible pour les personnes au sol », a déclaré le Dr Darren Hartl, professeur adjoint à le Département de génie aérospatial. « Nous voulons créer des structures qui ne changeront rien aux caractéristiques de vol de l’avion tout en réduisant considérablement le problème de bruit. »

Les chercheurs ont décrit leurs découvertes dans le Journal des aéronefs.

Le bruit des avions est un problème permanent de santé publique. Les avions peuvent générer jusqu’à 75 à 80 décibels lors de l’atterrissage, ce qui peut nuire à l’audition à long terme. Par exemple, des études ont montré que les personnes exposées au bruit soutenu des avions peuvent avoir un sommeil perturbé et un risque accru d’accident vasculaire cérébral et de maladie cardiaque par rapport à celles qui ne vivent pas à proximité des aéroports.

La source du bruit de l’avion est différente pendant la montée et la descente. Au décollage, les moteurs sont la principale source de bruit. D’autre part, lorsque les avions ralentissent pour atterrir, les moteurs n’ont pas besoin de générer de puissance et tournent pour la plupart au ralenti. A ce moment, les ailes commencent à se reconfigurer pour ralentir l’avion et se préparer au toucher des roues. Semblable à l’ouverture des stores vénitiens, le bord avant de l’aile se sépare du corps principal. Ce changement fait que l’air s’engouffre dans l’espace créé, tourne assez violemment et produit du bruit.

« L’idée est similaire à la façon dont un son est généré dans une flûte », a déclaré Hartl. « Quand une flûte est jouée, l’air soufflé sur un trou commence à tourbillonner autour du trou, et la taille, la longueur et la façon dont je couvre les trous, produit un son résonnant d’une certaine fréquence. De même, l’air circulant dans la crique a créé entre le bord avant de l’aile et l’aile principale résonne et crée un bruit aigu et désagréable. »

Des travaux antérieurs des collaborateurs de Hartl à la NASA ont montré que les charges utilisées comme membrane en forme de « S » allongé à l’intérieur de cette crique pouvaient contourner la circulation de l’air causant du bruit et ainsi réduire le bruit sec. Cependant, il manquait une analyse systématique des matériaux candidats pouvant adopter la géométrie en forme de S souhaitée pendant la descente, puis se replier dans le bord avant de l’aile après l’atterrissage.

Pour combler cette lacune, les chercheurs ont effectué des simulations complètes pour déterminer si une membrane constituée d’un alliage à mémoire de forme pouvait aller et venir, changeant de forme à chaque atterrissage. Leur analyse a pris en compte la géométrie, les propriétés élastiques de l’alliage à mémoire de forme et l’écoulement aérodynamique de l’air autour du matériau pendant la descente. À titre de comparaison, les chercheurs ont également modélisé le mouvement d’une membrane constituée d’un composite polymère renforcé de fibres de carbone dans les mêmes conditions de flux d’air.

Hartl a déclaré que ces types de simulations sont coûteux en temps de calcul, car le flux d’air autour du matériau conforme doit être modélisé tout en analysant le mouvement induit par l’air du matériau.

« Chaque fois que l’air applique une certaine pression sur le matériau, le matériau se déplace. Et chaque fois que le matériau se déplace, l’air se déplace différemment autour de lui », a-t-il déclaré. « Ainsi, le comportement du flux d’air modifie la structure et le mouvement de la structure modifie le flux d’air. »

Par conséquent, l’équipe a dû effectuer des calculs des centaines à des milliers de fois avant que le mouvement des matériaux ne soit correctement simulé. Lorsqu’ils ont analysé les résultats de leurs simulations, ils ont découvert que l’alliage à mémoire de forme et le composite pouvaient changer de forme pour réduire la circulation de l’air et ainsi réduire le bruit. Cependant, les chercheurs ont également découvert que le composite avait une fenêtre de conceptions très étroite qui permettrait la suppression du bruit.

Dans une prochaine étape, Hartl et son équipe prévoient de valider les résultats de leurs simulations avec des expériences. Dans ces tests, les chercheurs placeront des modèles réduits d’ailes d’avion avec les charges en alliage à mémoire de forme dans des souffleries. L’objectif est de vérifier si les charges peuvent se déployer dans la bonne forme et réduire le bruit dans des situations proches du monde réel.

« Nous aimerions aussi faire mieux », a déclaré Hartl. « Nous pourrions être en mesure de créer des structures plus petites qui peuvent réduire le bruit et ne nécessitent pas la forme en S, qui sont en fait assez grandes et potentiellement lourdes. »


Un matériau semblable à de la meringue pourrait rendre les avions aussi silencieux qu’un sèche-cheveux


Plus d’information:
Gaetano Arena et al, Design of Shape-Adaptive Deployable Slat-Cove Filler for Airframe Noise Reduction, Journal des aéronefs (2021). DOI : 10.2514/1.C036070

Fourni par l’Université A&M du Texas

Citation: Les alliages à mémoire de forme pourraient aider les avions à atterrir sans un coup d’œil (2021, 13 juillet) récupéré le 13 juillet 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-07-shape-memory-alloys-airplanes.html

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