Les cours étaient assez durs, et je pensais que le projet de groupe serait plus facile, mais au final il demande énormément de temps. Les profs eux-mêmes disent qu'il constitue la partie la plus dure de l'année, la difficulté venant d'abord des sujets à résoudre, mais aussi du management de groupe. À cela s'ajoutent les notes des modules qui sont presque finies, la dernière que j'ai eue a d'ailleurs été d'une grande déception pour moi au vue de la charge de travail que j'ai donné.
Tout ça pour dire que je n'étais peut-être pas prêt pour vivre près d'un an à Cranfield, c'est pourquoi j'ai décidé de retourner en France...
Mes valises faites, je prends donc l'avion pour m'envoler, de la compagnie aérienne (low cost) Transavia, qui transporte des passagers (ou du fret) dans des avions achetés et loués (dont les moteurs) à bas prix. Celle-ci est une filiale néerlandaise de KLM (KLM Royal Dutch Airlines), la compagnie porte-drapeau du Pays-Bas, appartenant au groupe franco-néerlandais Air France-KLM (donc en lien avec son homologue français Air France).
L'avion que j'ai pris est un Boeing 737-800, un avion de ligne (vocation commerciale pour passagers) de la société américaine Boeing, principal concurrent du constructeur aéronautique et aérospatial européen Airbus. Le B737-800 est une des quatre versions des B737NG (New Generation), la troisième du modèle modernisé avec de nouveaux réacteurs et une interface plus numérique, concurrent de l'A320 (deuxième avion le plus vendu au monde après le B737 à l'heure d'aujourd'hui).
On peut voir en bas de l'aile, vers le fuselage, le turbo-réacteur droit de l'appareil. Petite parenthèse qui fait plaisir : hormis d'autres ailes plus particulières durant l'histoire de l'aviation, et dans le cas des avions de chasse, c'est à dire les avions à application militaire (exception faite avec le Concorde), les ailes modernes sont en général de forme delta, avec parfois de petites "mini" ailes supplémentaires situées à l'avant, appelées plans-canard, pour mieux faire varier les efforts de portance. Cette forme atypique permet d'augmenter la surface de contact avec l'air et de diminuer la charge alaire, favorisant ainsi la portance et diminuant la trainée, et permettant une meilleur efficacité de vol à des vitesses supersoniques (vitesses supérieures à la vitesse du son = Mach 1). Quant au moteur, il est en général à double flux comme la plupart des avions civils d'aujourd'hui, sauf qu'ils sont également avec postcombustion pour augmenter temporairement la poussée fournie par le turboréacteur au moment du décollage. Les gaz d'échappement (air contenant de l'O2, le comburant) déjà accélérés sont brûlés spontanément par ajout d'un combustible (du kérosène), permettant ainsi d'augmenter davantage la vitesse de sortie. L'avion est assez petit par rapport aux porteurs pour population donc ce supplément énergétique se révèle être nécessaire si l'on veut s'astreindre de systèmes de propulsion complexes et lourds, mais au prix d'une augmentation de la masse avec l'essence.
Je ne sais en revanche pas de quelle compagnie (Rolls-Royce, General Electric, ...) proviennent les turbines à gaz de l'avion, les machines tournantes dont j'ai intensément étudié (et que j'étudie encore) les matériaux présents, qui permettent la force de poussée de l'engin volant via un flux de sortie d'air primaire, chaud et accéléré ; ceux à double-flux donnent aussi une grande quantité d'air "froid" et accéléré comme flux secondaire, principal acteur dans la poussée. Bon, pour la physique qui est derrière, et sur les définitions techniques évoquées au paragraphe précédent et à l'instant (désolé d'ailleurs si je vous ai perdus), je vais passer sur ces points car c'est trop long à expliquer de manière simple (j'aurais en plus trop envie d'en dire toujours plus). Vous êtes déçu car vous désiriez plus de sciences ? en savoir plus ? Rien ne vous empêche de vous documenter par vous-même, surtout que je ne peux avoir la prétention d'être une référence infaillible. Mais attendez de voir la suite...
Quelques références sur la poussée d'un avion (aspect physique générale, pas matériaux en eux-mêmes (ou peu)) :
- Pages Wiki : https://fr.wikipedia.org/wiki/Turbor%C3%A9acteur, https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_compressor, https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9ducteur_m%C3%A9canique, https://fr.wikipedia.org/wiki/Combustion.
Images (facultatives) à propos de l'Armée de l'Air française :
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| Rafale au décollage, avec l'étape de postcombustion visible [Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Snecma_M88#/media/File:US_Navy_070412-N-7498L-030_A_French_Rafale_from_the_French_nuclear-powered_aircraft_carrier_FNS_Charles_de_Gaulle_(R_91)_completes_a_touch-and-go_landing.jpg] |
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| Deux rafales (modèle M), sur le porte-avion américain USS Harry S. Truman [Source : https://en.wikipedia.org/wiki/Dassault_Rafale#/media/File:Rafales_aboard_USS_Harry_Truman.jpg] |
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| Moteur-réacteur Snecma M88 du Rafale, Snecma étant l'ancien nom pour l'entreprise Safran Aircraft Engines, filiale du groupe français Safran [Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Snecma_M88#/media/File:Snecma_M88-4E_afterburning_turbofan_engine_for_Dassault_Rafale_PAS_2013_02.jpg], et c'est de toute beauté ! |
Je monte dans l'avion, et prends en photo l'aile gauche de l'avion à travers le hublot.
Je suis extrêmement déçu et assez énervé, car j'avais pris en vidéo le décollage de l'avion, mais l'importation de celle-ci dans mon Google Drive n'a pas fonctionné et je l'ai par la suite supprimée de mon portable. Je n'ai pas réussi à la récupérer, même après avoir utilisé des logiciels de récupération de données...
Du coup, voici deux vidéos trouvées sur YouTube mais qui ne viennent donc pas de moi : la première montre le décollage (vue extérieure) de l'Airbus Beluga (A300-600ST), un avion-cargo pour le transport de marchandises, qualifié de super transporter (vous allez voir pourquoi). Quant à la deuxième, elle montre le décollage d'un A380, le (très célèbre) gros-porteur long-courrier à double-pont d'Airbus, vu de l'intérieur.
Du coup, voici deux vidéos trouvées sur YouTube mais qui ne viennent donc pas de moi : la première montre le décollage (vue extérieure) de l'Airbus Beluga (A300-600ST), un avion-cargo pour le transport de marchandises, qualifié de super transporter (vous allez voir pourquoi). Quant à la deuxième, elle montre le décollage d'un A380, le (très célèbre) gros-porteur long-courrier à double-pont d'Airbus, vu de l'intérieur.
Sur la photo ci-dessous, vous avez l'aile (ou voilure) gauche de l'appareil en plein vol.
Une aile d'avion est en réalité composée de plusieurs parties. La structure interne est un squelette d'armatures métalliques (en aluminium notamment), composé de spars et de ribs (en anglais), pour la traduction unique de "longerons" de différentes tailles et orientations, qui renforcent l'aile et empêchent le phénomène de flambage (flexion d'instabilité due à une trop forte compression, ici provenant de l'air ou des impacts (Foreign Object Damage FOD)).
Ils sont pas beaux ces nuages :
Nous sommes ici dans la troposphère, la couche de l'atmosphère la plus proche de la Terre, à environ 0 à 13 km (jusqu'à la tropopause, la couche stable marquant la limite avec la stratosphère, et avec des températures avoisinant les -50°C, dont la chute est due dans cette partie à la diminution des échanges thermiques avec le sol). La température est d'environ -30°C selon le pilote de bord, or d'après un graphe provenant d'un de mes cours, nous pouvons supposer être alors vers environ 10 km de la surface de la Terre. Déjà à partir de 3 km, il n'y a quasiment plus aucun nuage au-dessus.
De l'extérieur, la structure "unique" de l'aile est en réalité parsemée. Voici ici un extrait de mon assignment en "Composites Manufacturing for High-Performance Products" dans lequel nous devions faire une sélection de matériaux pour trois versions d'aileron (faible vente donc haute valeur-ajoutée, modeste, et low-cost mais immense succès) d'une aile d'avion, et pour lequel j'ai eu une note correcte :
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| Source : Cranfield University (assignment), MSc in Aerospace Materials (2016) Composites Manufacturing for High-Performance Products. |
La position et le "nombre" des différentes parties peut légèrement varier d'un modèle d'avion à un autre (comme les spoilers).
Vocabulaire (traduction) :
- flaps : un type de contrôle de vol qui augmente la portance de l'avion en vol, mais qui peut aussi augmenter la trainée (freinage) de l'avion à l'atterrissage ;
- slats (becs de sécurité) : augmentent l'angle d'attaque donc augmentent la portance de l'avion au moment du décollage ;
- "external flaps" (dispositif hypersustentateur) : similaire aux flaps en tant que high-lift devices (dispositifs pour haute portance), ils sont eux attachés à l'intrados (on en voit deux sur la troisième photo précédente) afin d'augmenter la portance aux basses vitesses, ce qui diminue ainsi la vitesse de décrochage (instabilité provoquant une perte de portance due à un trop grand angle d'incidence de l'aile) ;
- spoilers (ou destructeur de portance) : aérofrein de forme rectangulaire déployé à l'atterrissage pour freiner davantage l'avion ;
- aileron : gouverne aérodynamique qui permet le mouvement de roulis (roll), c'est à dire le mouvement de rotation longitudinal (pour faire simple : cela fait "renverser" l'avion) ;
- winglet (ou ailette verticale) : située au bout de l'aile, elle sert à réduire la trainée induite - une force de résistance intrinsèque à l'avancement induite par la portance - sans augmenter l'envergure (distance effective entre les "bouts" extrêmes des ailes), réduisant donc la taille du vortex qui apparaît après le passage de l'avion ;
- Autre définition, trailing/leading edge (bord de fuite / bord d'attaque) : le premier terme réfère la partie arrière du profil de l'aile attachée au fuselage de l'avion, qui diminue la trainée aérodynamique, et correspondant au point d'intersection entre les lignes de cambrure (vers extrados) et de corde (vers intrados) ; et le deuxième terme se réfère à la section externe de l'aile qui fait face aux fluides et correspondant au deuxième point d'intersection évoqué ;
- Autre définition, intrados et extrados : respectivement les parties inférieures et supérieures de l'aile, configuration essentielle pour assurer la portance de l'avion (via une différence de pression due à une différence de vitesse de l'air entre les deux parties (théorème de Bernoulli)). Dans le cas des turbines (aubes mécaniques), qui ont une "forme d'aile" également, on parle plutôt pour l'intrados, de pressure side (= côté pression), trailing wall (= paroi de fuite), ou upwind side (= côté contre le vent (en amont)) ; et pour l'extrados, de suction side (= côté d'aspiration), leading wall (= paroi d'attaque), ou downwind side (= côté dans le sens du vent (en aval)). Oui, le vocabulaire c'est puta*n de compliqué.
Il peut y avoir éventuellement d'autres éléments de gouverne (flight control surface) ou de régulateur de portance.
Quant à la forme de l'aile, ce sont dans la très grande majorité des profils NACA, le nom faisant référence au National Advisory Committee for Aeronautics qui les ont conçus, et dont la NASA (National Aeronautics and Space Administration) succéda. La dénomination des ailes à profils (en gros, la forme du contour) dits "NACA", est suivie de chiffes qui contiennent des informations sur les caractéristiques de la forme de l'aile.
Pour ce qui est d'autres profils, ou d'autres formes d'avion, afin d'améliorer les performances comme la vitesse ou la réduction du bruit, le futur de l'aviation n'est pas en reste (http://www.topito.com/top-avions-futur-envie-voyager) ! Je vous invite, ainsi, à visiter cette page par exemple : NASA aeronautics (exemples : https://www.nasa.gov/press-release/nasa-completes-milestone-toward-quieter-supersonic-x-plane, https://www.youtube.com/watch?time_continue=61&v=Yfr6WDFN7d0), ou encore, des articles sortant pour les National Aviation Day (19 août).
Quant à la forme de l'aile, ce sont dans la très grande majorité des profils NACA, le nom faisant référence au National Advisory Committee for Aeronautics qui les ont conçus, et dont la NASA (National Aeronautics and Space Administration) succéda. La dénomination des ailes à profils (en gros, la forme du contour) dits "NACA", est suivie de chiffes qui contiennent des informations sur les caractéristiques de la forme de l'aile.
Pour ce qui est d'autres profils, ou d'autres formes d'avion, afin d'améliorer les performances comme la vitesse ou la réduction du bruit, le futur de l'aviation n'est pas en reste (http://www.topito.com/top-avions-futur-envie-voyager) ! Je vous invite, ainsi, à visiter cette page par exemple : NASA aeronautics (exemples : https://www.nasa.gov/press-release/nasa-completes-milestone-toward-quieter-supersonic-x-plane, https://www.youtube.com/watch?time_continue=61&v=Yfr6WDFN7d0), ou encore, des articles sortant pour les National Aviation Day (19 août).
Enfin, parlons de biomimétisme, où les ingénieurs s'inspirent des mécanismes du vivant pour leurs innovations technologiques. L'avion est bio-inspiré des oiseaux. On peut même faire un parallèle avec les animaux marins comme les poissons : les ailerons ont le même rôle que les nageoires ventrales ou pectorales. Les fonctions des autres nageoires sont là différentes : la nageoire caudale ("queue") sert d'élément de propulsion (alors que dans un avions, c'est encore une fois pour faire varier les mouvements), ou encore la nageoire dorsale qui fait office de stabilisation (et pas forcément de gouvernail), et qui participe donc à l'augmentation de la vitesse.
Comme j'étais situé à la dernière rangée de l'avion, j'ai pu facilement prendre en photo la partie gauche de l'empennage ("queue") de l'avion ; la photo d'après montrant le plan horizontal gauche de l'avion. Celui-ci est responsable d'ailleurs du mouvement du pitch, rotation à axe latérale (l'avion se "soulève" ou s'"abaisse") grâce aux élévateurs situés dessus. En revanche, nous ne pouvons pas voir la gouverne de direction (plan vertical de l'arrière de l'avion), qui contrôle elle le mouvement du yaw, rotation à axe vertical (l'avion bouge horizontalement à droite et à gauche).
Je suis content de finir le blog par ce billet décrivant les ailes d'un avion, car ceci découle de mes recherches personnelles à mon arrivée à Cranfield, ainsi que de quelques documents annexes (non obligatoires) donnés par les enseignants. En effet, le MSc que j'effectue n'a pas vraiment fait de "rappels" sur les aspects élémentaires de le mécanique et de la physique des avions, puisqu'il se focalise "seulement" sur l'aspect matériaux (et il n'était pas nécessaire de comprendre les premiers points cités en large et en travers). J'étais donc, en début d'année, assez en retard par rapport à certains de mes collègues de classe qui avaient effectué des études en mécanique aéronautique avant de venir. Néanmoins, je n'étais pas exactement le seul, car d'autres (mais en forte minorité) se sont également spécialisés dans le secteur "aerospace" sans en avoir déjà étudié en profondeur. Je ne pense pas me tromper en disant, par contre, que j'ai été celui ayant étudié le plus pour "rattraper mon retard" ; mais je n'ai pas vu les aspects les plus avancés je dirais, comme la mécanique des fluides (même si j'ai vu vaguement ce que c'était sur internet), car je n'en ai pas eu besoin (en tout cas pour l'instant). Ce que j'ai appris par moi-même ne m'a pas forcément servi pour la compréhension de mes cours, hormis le fait que je savais mieux situer les différents éléments d'un avion.
Dernière remarque, c'était la première fois que je prenais l'avion. Pour un étudiant en aerospace, c'est plutôt bête quand on y pense, c'est même un comble, mais mieux vaut tard que jamais ; maintenant c'est fait ! Ne manquez surtout pas les nouvelles activités du blog.
J'espère enfin ne pas avoir fait trop d'erreurs, puisque je suis encore novice en la matière, mais plus pour longtemps !
Me voilà traversant la frontière, le voyage semble se terminer !
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