Le rugissement tonitruant des moteurs d’avion lors des manœuvres de décollage provoque des nuisances sonores très importantes dans les villes voisines aux têtes de pistes. Cela se traduit par un stress qui peut provoquer des symptômes d’anxiété importants où le manque de concentration ou de repos réparateur est quasiment inévitable.
La situation est bien connue aussi bien des constructeurs aéronautiques que des autorités aériennes, qui travaillent main dans la main pour tenter de réduire au maximum le bruit. Et, de temps en temps, certaines équipes de scientifiques parviennent à conclure une nouvelle analyse technologique qui vols silencieux un peu plus près.
Une équipe de chercheurs de l’Université de Bristol a étudié comment le bruit est généré et propagé dans les moteurs connus sous le nom de propulsion par ingestion de couche limite (Boundary Layer Ingestion, en anglais, ou BLI par ses initiales) qui sont utilisés par certains des futurs avions les plus efficaces. Ces types de moteurs sont similaires à ceux que l’on trouve dans les avions modernes, mais sont partiellement intégrés à l’arrière du fuselage plutôt que sous les ailes.
Moteur BLI avec lequel des scientifiques de l’Université de Bristol ont testé
Cette nouvelle conception de propulseur absorbe le flux d’air de la couche limite la plus lente, celle qui longe le fuselage de l’avion, et l’utilise pour générer la poussée nécessaire au déplacement de l’avion. « L’utilisation de la couche limite d’air plus lente signifie que les moteurs n’ont pas besoin de travailler aussi durdonc la consommation de carburant diminue », soulignent-ils de la NASA, l’une des institutions qui étudie le plus ce type de moteurs.
« En même temps, la résistance de l’avion lui-même est réduitepuisque les moteurs « ingèrent » une partie de cette résistance », soulignent-ils. Par conséquent, les performances aérodynamiques de l’avion sont meilleures et, en même temps, moins de poussée doit être générée par les moteurs.
Moteur plus efficace
Bien qu’il existe de nombreuses entreprises engagées dans le développement de cette technologie, Jusqu’à présent, son impact acoustique n’avait pas été évalué.. L’étude publiée dans le Journal of Fluid Mechanics se penche sur le bruit produit par les moteurs BLI carénés, ceux qui ne sont pas entièrement intégrés au fuselage mais sont à mi-chemin des schémas traditionnels.
L’équipe de chercheurs, dirigée par le professeur Feroz Ahmed de la Bristol School of Civil, Aerospace and Design Engineering, a découvert que le Le modèle de bruit change en fonction de la quantité de poussée produite par le ventilateur. —fan, dans le jargon aéronautique anglais et international. Lorsque le ventilateur produit une poussée élevée, ils ont observé un modèle de bruit similaire à celui observé dans les ventilateurs sans conduit, entièrement intégrés au navire.
Moteur BLI intégré au fuselage de l’avion Nova Onera
Cependant, lorsque le ventilateur produit moins de poussée, le type de bruit varie car le conduit lui-même commence à être plus bruyant. « Notre étude aborde ce problème urgent du bruit, qui constitue un obstacle majeur à la certification, en révélant la physique derrière ce que produisent ces configurations », explique Ahmed.
« Les recherches précédentes sur les configurations BLI se sont concentrées principalement sur les moteurs sans conduit, où la couche limite se forme sur les surfaces planes du fuselage », explique-t-il. « Cependant, il existe un manque de connaissances en matière de moteurs carénés qui ingérer l’air autour des surfaces courbes du fuselage« . Comme on le voit dans certains développements comme le Onea Nova, l’Aurora D8 de la NASA et du MIT ou l’Airbus Nautilus.
Comme l’explique une note publiée par l’Université de Bristol, « dans cette étude, nous avons examiné de près les différents facteurs qui contribuent au bruit produit par les ventilateurs avec Conduits intégrés installés sur des surfaces courbes de la cellule ».
« En comprenant les mécanismes de bruit dans les ventilateurs canalisés BLI, on espère que des lignes directrices industrielles pourront être développées pour Systèmes de propulsion intégrés au fuselage plus silencieux dans les futurs concepts d’avions », dit-il. « Des avions conventionnels à grande échelle aux décollages et atterrissages verticaux électriques à petite échelle, tels que les VTOL. »
Les chercheurs ont conçu un banc d’essai BLI avec des conduits et des câbles électriques montés à côté d’un mur incurvé, reproduisant la configuration de moteurs intégrés vus dans la conception comme l’avion concept Onera Nova. Ils ont ensuite collecté différents types de données sur la plate-forme, notamment des mesures de la puissance de poussée du ventilateur et de la quantité de bruit généré. Ils ont ensuite analysé tous les paramètres et variables participants et ont réussi à découvrir d’où vient le bruit et comment il varie en fonction de la vitesse du ventilateur.
« Avec la demande croissante pour une expérience de vol agréable avec un impact environnemental minimal, il existe un besoin pour des avions plus silencieux », déclare Ahmed. « Cette recherche a des applications potentielles dans le développement de stratégies visant à réduire les émissions sonores dans le secteur de l’aviation. »
Onera Nova
L’Onera est une entreprise française qui a présenté en 2015 son concept d’avion Nova. Il s’agit d’une plateforme dont le concept est très similaire à celui que les scientifiques de l’Université de Bristol ont évalué et qui promet de jouer dans certains des avions de passagers du futur pas trop loin.
Les avions commerciaux d’aujourd’hui sont pratiquement les héritiers directs des formules aérodynamiques et de propulsion des années 50 et 60, où l’industrie aéronautique a connu l’un de ses âges d’or. « Doit envisager des configurations d’avions innovantes pour relever de nombreux défis« , soulignent-ils de l’Onera. Parmi eux, des objectifs environnementaux ambitieux qui impliquent à la fois la réduction de la consommation de carburant et les nuisances sonores.
Le but du Nova est d’utiliser un nouveau type de moteur plus efficace et plus silencieux, mais aussi plus gros et plus lourd que ses homologues. L’équipe d’ingénierie a pris la décision de les placer à l’arrière de l’avion, « à moitié enterré dans le fuselage », comme indiqué. Qui sont propulsés par la même couche limite d’air que celle que les scientifiques ont étudiée avec leur moteur BLI.
Il s’agit d’un concept d’avion de transport moyenne distance qui profite de toutes ces technologies de rupture, comme ils l’expliquent. « L’Onera a développé quatre configurations pour explorer différentes possibilités d’intégration moteur. » Il a la capacité de transporter jusqu’à 180 passagers 5 500 km et atteignant environ 900 km/h. On ne sait pas quand il pourrait entrer en service.