Embed Size (px)
Citation preview
1 / 57
Colloque transports du futur et mobilité durable
Université Technologique de Belfort Montbéliard
Plateforme MOBILITECH
13 octobre 2014, Musée Peugeot
Exposé « avions du futur ; projets HKW-aero »
(Programme du colloque)
www.HKW-aero.fr
© Michel Kieffer 2006-2015 Indice H1 le 2.1.2020
2 / 57
« Aujourd’hui, le temps passé à nous déplacer est très supérieur à
celui de nos ancêtres, il-y-a un siècle… »
Olivier Rey
Ceci sous entend qu’une plus grande rapidité des moyens de transport
débouche sur une augmentation des temps passés dans les
transports.
3 / 57
Sommaire
1- Introduction
2- Avions de transports
3- Avions de loisir, l’avion ultraléger HKW-aero
4- Défi aérospatial étudiant
5- Conclusion
4 / 57
1 Introduction 1 1 Historique de la société HKW-aero
Début du projet HKW : avril 2005 (colloque de Cachan).
Constitution de la société : mai 2011.
Forme de la société : SAS.
Statut Jeune Entreprise Innovante (JEI) obtenu en 2013.
5 / 57
Le point de départ, Ewald Hunsinger, aérotechnicien reconnu,
Cofondateur de l’association INTERACTION
rejoint par Claude Walter, industriel ;
Rodolphe Hunsinger, prototypiste ;
Michel Kieffer, concepteur.
6 / 57
…et par de multiples contributeurs représentés par les membres de
l’association INTERACTION, par les stagiaires et partenaires
industriels :
- Vincent souffrant (AIRBUS) ;
- UTBM : Arnaud Granmougin, Pierre Leturcq, John Maurice,
Thomas Frévillier, Guillaume Wipf, Pierre Azaïs, Paul Parmentier,
Morand Claux, Antoine Dupont, Jacques Krommenacker ;
- IUT de Cachan : Yann Ciora, Maxime Tran-Thanh, César Parent,
Alexis Greibill, Jean Roda, Loïs Billault ;
- INSA : Romain Petit ;
- LEA : Alice Kieffer.
7 / 57
1 2 Activités de la société HKW-aero
Formations à l’aérotechnique et programme de recherche dans le
domaine des transports (aéronautique et automobile) : http://hkw-
aero.fr/pdf/MK_programmes_formations.pdf
Programme de recherche dans le domaine de l’automobile : http://hkw-
aero.fr/energies.html
8 / 57
Organisation et animation de colloques et de conférences.
Conception et fabrication d’un avion ultraléger (UL) et de ses dérivés.
Encadrement de projets d’ingénieurs :
9 / 57
1 3 Etat des lieux
10 / 57
Quelle énergie contient 1 kg de carburant fossile ?
11 / 57
1 kg de carburant fossile
contient autant d’énergie que
celle produite par 100 cyclistes
entraînés pendant une heure :
12 / 57
1 4 Critères de qualité et limites de la physique
13 / 57
1 5 Le trublion du "coefficient spirale" (ou de la "synthèse")
14 / 57
15 / 57
16 / 57
2 Avions de transport 2 1 Transport aérien : prospectives linéaires pour une réalité qui ne l'est pas...
Différentes prospectives prévoient le passage de 2,5 milliards de
passagers en 2011 à 16 milliards de passagers en 2050. Soit une
augmentation dans un facteur de 6,4.
Une telle prévision est-elle compatible avec l’engagement Européen du
« facteur 4 » (diviser par 4 les consommations d’énergies fossiles à
l’horizon 2050) ?
17 / 57
…ces prospectives et ces objectifs sont très contradictoires :
18 / 57
2 2 Une autre vision des avions de transport régional, étude conjointe Alain Marianne DASSAULT SYSTEMES et HKW-AERO
19 / 57
2 2 Qu'en est-il des avions de transport moyens et longs courriers ?
Nos récentes modélisations permettent de réaliser des pré
dimensionnements d’avions intégrant la variation de masse de
carburant au fil du vol.
20 / 57
Ces modélisations sont validées par comparaison avec la formule de
Breguet-Leduc et par dimensionnement d’avions existants dont les
caractéristiques réelles sont connues. Nous en concluons :
21 / 57
Mais surtout, ces modélisations ouvrent la porte à de multiples
prospectives…
22 / 57
Par exemple quel est l’impact de l’autonomie, pour laquelle est conçu
l’avion, sur la consommation au cent par siège ?
23 / 57
Commençons par un cahier des charge :
- nombre de sièges (donc masse utile, surface occupée…) ;
- distance franchissable ;
- vitesse de croisière…
24 / 57
…le modèle de pré dimensionnement proposé permet de déterminer la
puissance des moteurs, la masse de carburant embarqué, la masse à
vide, la masse maxi, la surface alaire etc.
25 / 57
Pour un avion de transport moyen courrier type (proche de l’A319),
nous avons :
26 / 57
Que donnerait le même fuselage et la même charge utile mais en
augmentant l’autonomie de 50 % ? L’avion serait très différent :
27 / 57
Ainsi, nous pouvons représenter la consommation au cent par siège en
fonction de l’autonomie…
Cette courbe est uniquement valable avec les
caractéristiques de notre avion moyen
courrier type (Cz max, vitesse mini etc.)
Il ne s’agit pas de
faire voler l’avion
existant moins loin
mais de le
dimensionner pour
une autonomie
différentes.
28 / 57
Ceci traduit le coût
énergétique
considérable pour
transporter la masse
de carburant
nécessaire pour
aller loin.
29 / 57
De même, nous pouvons dimensionner notre avion moyen courrier
type en fonction de sa vitesse de croisière (sur la base du cahier des
charges initial hors vitesse) :
Il ne s’agit pas de
faire voler l’avion
existant moins vite
mais de le
dimensionner pour une
vitesse différente.
Cette courbe est uniquement valable avec les
caractéristiques de notre avion moyen
courrier type (Cz max, vitesse mini etc.)
30 / 57
Retenons que pour notre avion moyen courrier type :
31 / 57
Ceci laisse préfigurer le design des avions du futur, design influencé
par la réduction des autonomies et des vitesses.
Mais alors, quelle est la raison majeure expliquant le relatif succès des
avions très longs courriers ? Hypothèse : il semble très intéressant de
baser des avions et de faire le plein de carburant à l’endroit où il coûte
le moins cher :
32 / 57
Ces sujets sont plus largement développés dans le document
http://hkw-aero.fr/pdf/Michel_Kieffer_ENSAM2019_avions.pdf
33 / 57
2 4 Autres voies pour réduire les consommations ?
L’avion solaire
ouvre-t-il une
porte pour le
futur ?
34 / 57
Qu’en est-il des agros carburants ?
35 / 57
3 Avions de loisir, l’avion ultraléger HKW-aero
36 / 57
3 1 Pourquoi un avion en aluminium ?
- processus industriel ;
- constance dans la qualité ;
- faible coût ;
- facilité de transformation et d’assemblage ;
- directive Européenne sur le recyclage…
37 / 57
3 2 Un peu d’histoire, le rivetage…
38 / 57
3 3 Tests et essais
Un objectif : la réglementation ULM impose de suivre l’essentiel de la
CS 23 niveau 1 (anciennement CS VLA). Ceci concerne les appareils
industriels dont la charge alaire est supérieure à 30 kg/m².
Ces réglementations imposent notamment des cas de charges et des
essais biens précis.
39 / 57
Par exemple, l’essais final « avion complet » clôt les essais au sol :
40 / 57
Essais liés à l’aérodynamique de la machine :
41 / 57
Détermination des
polaires avec différents
angles de volets :
42 / 57
3 4 Origine du design HKW
Le design de l’appareil HKW-aero est atypique : petite motorisation
donc capot court, avant léger donc aile très avancée et implantée à
mis hauteur dans le fuselage…
43 / 57
3 5 Réduire les coûts
Produire en France tout en étant compétitif
nécessite de simplifier les solutions à
l’extrême… ce qui s’avère long et difficile.
Ainsi, les solutions techniques imaginées pour
l’appareil HKW sont particulièrement simples
(plusieurs brevets déposés). Ceci permet aussi
d’une part de réduire sensiblement les coûts de
maintenance, d’autres part d’atteindre une
fiabilité élevée pour une coût minium (ce qui n’existe pas ne tombe pas
en panne…).
44 / 57
3 6 Précisions sur l’avion ULM HKW-aero…
La démarche a consisté à travailler sur les trois critères de qualité afin
de réduire la puissance nécessaire au vol.
45 / 57
Les masses ci-après sont données avec une cellule conforme aux exigences de la
CS VLA , notamment :
- la cellule résiste aux essais statiques sous 6 g sans déformations permanentes ;
- le train principal résiste aux contraintes du « drop test ;
- …
Voir plus particulièrement : http://www.hkw-aero.fr/pdf/HKW-
aero_calculs_essais_et_reglementation.pdf . Plusieurs machines ont été détruites
au sol avant d’arriver à ce résultat.
Une option cellule allégée sera ultérieurement proposée. Cette option aura un impact
sensible sur les coûts. Voir le document critères de qualité et plus particulièrement
la notion de taux d’échange abordée.
46 / 57
47 / 57
48 / 57
49 / 57
50 / 57
99% des pièces sont
communes avec la version
ULM de base.
51 / 57
3 8 Autres aéronefs possibles…
52 / 57
Autre projet possible : industrialisation de l’Agrion
(ULM développé par Thierry Pujolle)
Avion biplace le plus léger jamais construit :
Masse à vide = 70 kg !
Processus industriels
issus de l’ULM HKW.
53 / 57
4 Vol suborbital, « Défi Aérospatial Etudiants »
Concours inter-écoles Européennes
proposé par les majors de
l’aérospatiale Français et Européens.
Définition du vol suborbital : dépasser
une altitude de 100 km pendant
quelques instants. Un tel vol est donc
par nature de très courte durée.
A noter qu’une mise en orbite nécessiterai une dépense d’énergie 30
fois supérieure à un vol suborbital, ce dernier ne nécessite donc pas
de protections thermiques élaborées.
54 / 57
L’UTBM et HKW concourent depuis 2012 sur les thèmes « porteur du
véhicule spatial habité (VSH) » et « VSH autonome ». Prix des
Partenaires en 2013, prix Airbus en 2014 :
55 / 57
“The suborbital Day Special Prize” en 2017 :
56 / 57
57 / 57
5 Conclusion
Par sa consommation réduite, son faible coût et sa grande facilité de
maintenance, l’avion UL HKW-aero est différent des machines
actuellement proposées.
Merci pour votre attention
