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Remerciement :
Nous tenons à remercier M. Dutertre pour nous avoir proposé ce projet innovant et pour son suivi. En
effet, il a toujours été présent pour répondre à nos questions et c’est un réel travail de collaboration que nous avons pu effectuer.
Nous remercions également nos professeurs pour leur aide et leur disponibilité.
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Résumé :
Le présent document traite du projet de dimensionnement des surfaces alaire du Bee-Plane, un avion
futuriste à fuselage détachable qui réduira le cout d’exploitation et qui révolutionnera le transport aérien. Le rapport détaille plus précisément le concept « Bee-Plane » grâce à une brève présentation du projet et des dates cruciales à venir. De plus le rapport traite de l’étude et la recherche des profiles d’aile les mieux adaptées à la structure portante du Bee-Plane dotée de turbopropulseurs TP-400. Grâce à cela nous avons réalisé une modélisation des surfaces d'un A321 en version CFM56, d’un ATR 72 et d’un A 400M. Finalement, il présentera une étude structurale simplifiée qui permettra de valider le modèle de l’aile choisie.
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Sommaire :
FICHE DE SYNTHESE : ..................................................................................................................................................... 5 INTRODUCTION ET PRESENTATION DU PROJET BEE-PLANE : .................................................................. 7 PLANNING DU PROJET : .................................................................................................................................................. 8 COMPOSITION D’UNE AILE : ........................................................................................................................................ 8 DESCRIPTIONS DES DIFFERENTS CHOIX DE VOILURE CHOISIES : .......................................................... 9
AIRBUS A321 : ..................................................................................................................................................................................... 9 ATR 72 : ............................................................................................................................................................................................ 10 AIRBUS A400M : .............................................................................................................................................................................. 11
PRESENTATION DU TURBOPROPULSEUR TP 400 : .......................................................................................... 12 REALISATION DES MODELES CATIA : .................................................................................................................. 13
AILE TYPE AIRBUS A321 : .............................................................................................................................................................. 13 AILE TYPE AIRBUS A400M : ........................................................................................................................................................... 15 AILE TYPE ATR 72 : ......................................................................................................................................................................... 18
ETUDE STRUCTURALE ..................................................................................................................................................... 19 AILE TYPE A321 : ............................................................................................................................................................................. 19 Etude Modale : .............................................................................................................................................................................. 19 Etude Statique : ............................................................................................................................................................................ 23
AILE TYPE A400M : ......................................................................................................................................................................... 25 Etude Modale : .............................................................................................................................................................................. 25 Etude Statique ............................................................................................................................................................................... 29
AILE TYPE ATR 72 : ......................................................................................................................................................................... 31 Etude Modale : .............................................................................................................................................................................. 31 Etude Statique ............................................................................................................................................................................... 35
CONCLUSION : ..................................................................................................................................................................... 37 SOMMAIRE DES ILLUSTRATIONS : ............................................................................................................................... 38 SOMMAIRE DES ANNEXES : ............................................................................................................................................. 39 ANNEXES : ............................................................................................................................................................................. 40
ANNEXE A : PARAMETRES DE LA VOILURE D’UN A321 : ......................................................................................................... 40 ANNEXE B : TABLEAU RECAPITULATIF DES DONNEES SUR LES AILES D’A321 ET D’ATR 72 : ........................................ 41 ANNEXE C : QUELQUES DIMENSIONS DE L’AIRBUS A321 : ..................................................................................................... 43 ANNEXE D : GRILLE D’EVALUATION DE PROJET DE FIN D’ETUDES ......................................................................................... 44
BIBLIOGRAPHIE / WEBOGRAPHIE : ............................................................................................................................ 45 SIGLES ET ABREVIATIONS / LEXIQUE : ....................................................................................................................... 46 RÉSUMÉ / ABSTRACT: ...................................................................................................................................................... 47
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Fiche de Synthèse :
Fiche de Synthèse Auteur : Boucher Maxime – Kontothéodorou Alexis
Titre de l’étude :
Etude structurale d’une aile d’Airbus A321, d’un Airbus A400M et d’un ATR 72 afin de l’adapter au projet Bee-Plane.
Objectifs
• Etude de l’existant. • Recherches des profils d’aile spécifiques
des avions étudiés. • Modélisation CATIA.
Client principal
Mr. Xavier Dutertre, responsable du projet Bee-Plane
Outils utilisés
Excel (avec utilisation des Macros), CATIA V5
Etude réalisées • Etude documentaire sur les différentes configurations d’ailes existantes.
• Recherche des différents types de profils d’aile d’un A321 et d’un ATR 72.
• Etude sur le turbopropulseur TP 400.
• Réalisation des différentes ailes sous CATIA.
Résultats obtenus Explications
• Réalisation d’une voilure haute possédant une surface allaire proche d’une voilure d’A321 (122 m2).
• Deux types de profils d’aile obtenus :
- Naca 4412 pour une voilure de type A321 (voilure moins adapté pour un positionnement haut et équipé d’un turbopropulseur).
- Naca 4318 pour une voilure de type ATR 72(voilure adapté a un positionnement haut et équipé de turbopropulseur).
- Hypothèse pour la voilure d’un A400M (Naca 4318 mais possèdent une flèche supérieur à un ATR 72).
• Réalisation de trois modèles CATIA des
différentes voilures exposées plus haut.
• Le Bee-Plane aura une capacité d’emport et un rayon d’action approximativement égale à celui de l’Airbus A321 donc nous partons sur une surface allaire relativement proche de celle de l’A321.
• Nous avons trouvé les profils exacts des
deux appareils que nous allons nous inspirer pour réaliser la voilure avec CATIA.
• Utilisations de la fonction macro d’Excel
pour réaliser avec précision les différentes ailes.
Difficultés rencontrées Travaux à poursuivre • Profil d’aile difficile à trouver.
• Finaliser les choix sur le type d’aile à
utiliser.
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• Aucune donnée sur le profile d’aile de l’A400M.
• Conception sous CATIA relativement
proche de la réalité mais pas exact.
• Pratiquer des études aérodynamiques de la voilure choisie.
• Valider l’utilisation de celle-ci.
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Introduction et Présentation du projet Bee-Plane :
Le Bee-Plane est un avion à structure innovante, associant un fuselage détachable à un véhicule portant
doté de turbopropulseurs. Ces véhicules sont nommés respectivement Basket et Bee, en rapport avec les abeilles (« Bee ») transportant des boulettes de pollen sous leur abdomen (« Pollen Basket »). Cet avion prévu pour l’horizon 2050, a pour objectif de proposer un moyen de transport court, voire moyen-courrier de type A320 ou Boeing 737, transportant 220 PAX avec un fuselage capable d’accueillir 10 sièges de front.
Le Bee-Plane va repenser le transport aérien, sa configuration particulière permettrait de réduire de
manière significative les coûts d’achats et les coûts en opérations. En effet, dissocier la partie commerciale de la partie technique de l’avion, permet d’une part d’augmenter le champ d’action de la partie commerciale et d’optimiser l’utilisation de la Bee, par exemple en pré-chargeant le Basket de sa charge commerciale et du carburant nécessaire pour effectuer sa mission et permettre ainsi à la Bee de décharger son Basket juste après l’atterrissage et de récupérer le Basket déjà opérationnel et ainsi réduire sa TAT.
Le projet que nous avons démarré consistait à apporter des éléments de réponse principalement au
niveau de la voilure du Bee-Plane. Ceci afin de préciser la configuration finale du véhicule et de renforcer le dossier qui sera présenté à la Commission Européenne courant Mars 2013 afin de débloquer des fonds pour poursuivre le projet.
Nous avons tout d’abord pris en compte les hypothèses reçues au début du projet, ainsi que les
configurations d’ailes les plus proches du Bee-Plane. De plus nous expliquerons les étapes de nos recherches qui nous ont permis de fixer plusieurs configurations d’ailes. Enfin nous avons réalisé trois modèles CAO avec CATIA avec des profils d’ailes bien spécifiques afin de se rapprocher le plus du modèle le mieux adapté et final de la voilure du Bee-Plane.
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Planning du Projet :
Figure 1: Planning du projet
Composition d’une aile :
L’aile d’un avion est constituée de plusieurs éléments permettant sa tenue face aux diverses contraintes qu’elle peut rencontrer tels que :
- Les longerons. - Les nervures. - Les raidisseurs.
Tout d’abord les longerons, allant du fuselage jusqu’au saumon, permettent d’encaisser la flexion
due aux efforts de portance et de traînée. De plus ils vont aussi reprendre des efforts de torsion. Les nervures sont des éléments disposés parallèlement au fuselage et que l’on retrouve à intervalle
régulier. Celles-ci résistent aux efforts de torsion engendrés par le "non alignement" de la portance et du poids sur chaque section de la voilure. Les nervures sont placées de façon à rester en dehors de la zone d’instabilité structurale.
Enfin les raidisseurs sont des petits longerons qui vont éviter à la structure de flamber en
compression.
Oct 12 Nov 12 Déc 12 Jan 13 Fév 13 S40 S41 S42 S43 S44 S45 S46 S47 S48 S49 S50 S51 S52 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
Choix du Projet Prise de contact avec le
tuteur et présentation des objectifs.
Recherches documentaires (Types d’aile, profils d’ailes,
etc.).
Mise en commun des recherches.
Adaptation à la configuration du Bee-
Plane.
Modélisation des différentes
configurations étudiées.
Etudes Structurales. Rédaction du rapport. !
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Figure 2 : Schéma récapitulatif illustrant les explications précédentes
De plus aujourd’hui les ailes sont composées de plus en plus en matériaux composites comme
dans les appareils tels que l’Airbus A380, le Boeing 787 ou encore le prochain Airbus A350 XWB où le composite est à 52% de la masse de l’avion. A titre d’exemple, sur le 787 les ailes sont composées en grande partie de fibre de carbone stratifié et en fibre de verre.
Descriptions des différents choix de voilure choisies :
Durant les nombreux rendez-vous téléphoniques avec notre tuteur Mr. Dutertre, celui-ci nous a exposé les différents types d’ailes à étudier, à savoir les ailes d’un A321, d’un A400M et d’un ATR 72. A partir de là nous avons cherché les profils d’ailes de ces avions pour pouvoir faire un modèle CATIA le plus précis possible. Grâce à des recherches documentaires nous avons pus établir les caractéristiques des différents avions.
Airbus A321 : L’Airbus A321 correspond le plus au Bee-plane tant dans ses dimensions, que de sa capacité
d’emport et de ses missions de vol. Nous avons récapitulé les dimensions en rapport avec les voilures dans le tableau ci-dessous :
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Figure 3: Plan 3 vues de l'A321
Comme indiqué dans le tableau le profil de l’aile de l’A321 est le Naca 4412 qui ressemble à cela :
Figure 4: Profil Naca 4412
ATR 72 : L’ATR 72 est avion de transport de passagers à turbopropulseurs d’une capacité de 74 passagers,
cet appareil nous a intéressés car c’est un avion procédant des turbopropulseurs avec une voilure haute comme ce qui devrait se faire avec le Bee-plane. Cependant les performances de cet appareil sont inférieures à celui-ci et cela est dû sans doute à une flèche d’aile faible (1°). Les caractéristiques de l’ATR 72 sont exposées ci-dessous.
Naca 4412
Caractéristiques techniques
A 321
Moteur Snecma CFM 56 Surface Alaire (m2) 122,4
Allongement 9,395 (°) 25
Profil d’Aile Naca 4412 Corde Moyenne
aérodynamique (m) 4,288
Angle d’inclinaison de l’aile (°)
5,11
Nombre de Mach 0,82 Plafond (m) 12500
Envergure (m) 34,10 Longueur (m) 44,5 Hauteur (m) 11,76
ϕAile
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Caractéristiques
techniques ATR 72
Moteur Pratt & Whitney Canada PW127F
Surface Alaire (m2) 61 Allongement 11,995
(°) 1 Profil d’Aile Naca 4318
Corde Moyenne aérodynamique (m)
X
Angle d’inclinaison de l’aile (°)
3
Nombre de Mach 0,46 Plafond (m) 7620
Envergure (m) 27,05 Longueur (m) 27,17 Hauteur (m) 7,65 Comme indiqué dans le tableau le profil de l’aile de l’ATR72 est le Naca 4318 qui ressemble à
cela :
Figure 6: Profil Naca 4318
Airbus A400M : L’A400M est un avion de transport militaire de nouvelle génération équipée de quatre
turbopropulseurs TP-400, qui équiperont aussi le Bee-Plane. De plus les performances de cet appareil et du Bee-plane sont relativement proches au point de vue de la vitesse et du plafond opérationnel donc nous avons choisis de chercher des données sur sa voilure. Cependant nous n’avons pas trouvé beaucoup de donnée la dessus donc nous avons émis l’hypothèse que l’A400M possédait le même profil Naca que l’ATR 72 mais avec une flèche de 15° (au lieu de 1°). Nous pouvons voir les caractéristiques ci-dessous :
ϕAile
-‐0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
-‐0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Naca 4318
Séries1
Figure 5 : Plan 3 vues d'un ATR 72
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Figure 7: Plan 3 vues de l'A400M
Présentation du turbopropulseur TP 400 :
Le TP400 est un moteur triple-corps de 11 000 ch, le plus puissant jamais développé dans le monde
occidental. Il a été spécifiquement conçu pour l’A400M et intègre des technologies éprouvées et développées sur d’autres moteurs civils et militaires par les quatre partenaires d’EPI. Il constitue, avec ses hélices octopales géantes de plus de 5 mètres de diamètre, un défi technique et industriel en soi.
Le moteur est basé sur deux arbres coaxiaux qui entraînent les onze étages de compression (six étages haute pression et cinq moyennes pressions) ainsi les deux premiers des cinq étages de la turbine (un étage haute pression et un moyenne pression) ; un troisième arbre, coaxial aux deux premiers, relie la turbine à l'hélice via un réducteur.
L'étage haute pression de la turbine entraîne les étages hauts pression du compresseur par l'intermédiaire du premier arbre. De la même manière, l'étage moyen pression de la turbine entraîne les étages moyenne pression du compresseur via le deuxième arbre. Deux niveaux de compression sont ainsi réalisés pour un taux de compression de 7 pour le compresseur HP et 3,5 pour le compresseur MP1. La turbine de puissance est quant à elle munie de trois étages basse pression reliée au dernier arbre.
Europrop International a opté pour un moteur triple-corps de façon à maximiser le taux de compression global tout en conservant une configuration de moteur à turbine libre, ce qui signifie que la turbine liée à l'hélice par le troisième arbre est mécaniquement indépendant des deux premiers arbres.
On peut résumer les caractéristiques techniques dans le tableau suivant : Puissance SHP (kW) 11 000 (8200) Taux de compression 25 :1 Température entrée turbine °C (K) 1225 (1500) Longueur m (inch) 3,5 (138) Diamètre m (inch) 0,92 (36,4)
Caractéristiques techniques
A 400M
Moteur Europrop TP 400 Surface Alaire (m2) 221,5
Allongement 8,002 (°) Hypothèse (15°)
Profil d’Aile X Corde Moyenne
aérodynamique (m) X
Angle d’inclinaison de l’aile (°)
X
Nombre de Mach 0,72 Plafond (m) 11300 (12500)
Envergure (m) 42,1 Longueur (m) 45,1 Hauteur (m) 14,7
ϕAile
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Masse kg (lb) 1860 (4100) Compresseur 11 étages : 6 hautes pression et 5
moyennes pression Turbine 5 étages : 1 haute pression, 1 moyenne
pression et 3 basses pression
Figure 8: Image du TP-‐400
Réalisation des modèles CATIA :
Dans cette partie nous allons exposer les différents modèles 3D des ailes réalisées avec le logiciel CATIA. Nous avons utilisé les profils d’ailes trouvés afin de créer un modèle très précis. Nous rappelons que pour la voilure type A 321 le profil est le Naca 4412 et pour l’ATR 72 et l’A400M le Naca 4318.
Pour réaliser ces modèles nous avons utilisé la fonction macro d’Excel couplé à Catia afin de réaliser le profil le plus précis possible. Nous allons exposer nous résultats ci-dessous :
Aile type Airbus A321 :
La voilure de l’Airbus A321 possède un profil Naca 4412 et nous obtenons le résultat suivant avec la modélisation CATIA :
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Figure 9: Les différentes esquisses du profil de l'aile de l'A321
Figure 10: Rendu de l'aile type A321
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Figure 11: Autre vue de l'aile
Aile type Airbus A400M :
Nous avons pris comme hypothèse que la voilure de l’A400M était la même que l’ATR 72 (Naca 4318) du fait que c’est une voilure haute et équipé de turbopropulseur. De plus nous avons décidé de prendre flèche de 15°. Nous avons divisé la voilure en 26 profils espacés chacun de 0,6 m, ce qui équivaut au 26 nervures de l’aile (voir ci-dessous). Nous avons adapté le profil d’aile avec les dimensions de la surface alaire du Bee-Plane, c’est à dire une Corde d’emplanture de 6 m, une corde saumon de 2,134 m et une longueur de 15 m.
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Figure 12: Esquisse récapitulatif de l'aile type A400M
Au final nous obtenons ceci :
Figure 13: Les différentes esquisses du profil de l'aile de l'A400M
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Figure 14: Modèle CATIA de l'aile type A400M
Figure 15: Vue du dessus de l'aile type A400M
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Aile type ATR 72 :
La voilure de l’ATR 72possède un profil Naca 4318 et possède une flèche égale à 1°. Nous avons divisé la voilure en 23 profils espacés chacun de 0,682 m, ce qui équivaut au 23 nervures de l’aile (voir ci-dessous). Nous avons adapté le profil d’aile avec les dimensions de la surface alaire du Bee-Plane, c’est à dire une Corde d’emplanture de 4,31 m, une corde saumon de 3,786 m et une longueur de 15 m.
Figure 16: Esquisse récapitulatif de l'aile type ATR 72
Figure 17: Modèle CATIA de l'aile type ATR72
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Figure 18: Vue du dessus de l'aile
Etude Structurale
Aile type A321 :
Etude Modale : L’analyse modale va nous permettre de visualiser la « plage » de déformation de l’aile en fonction
d’une fréquence propre. Les modes propres correspondent à la fréquence à laquelle la pièce va se déformer et entrer en résonnance, donc grâce à cette étude nous savons quels sont ces fréquences et cela nous permet de savoir si lors d’un choc sur l’aile celle-ci peut entrainer la résonance de celle-ci. Grace à cette étude nous pouvons aussi en déduire les types de chocs à éviter et visualiser les déformations induites.
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Mode Propre Fréquence Déformée
1 2,9431
2 10,066
3 21,588
4 22,538
21
5 26,852
6 40,348
7 49,154
8 62,795
22
9 66,969
10 72,625
11 89,689
12 97,622
23
13 119,16
14 120,87
15 124,92
Etude Statique :
Cette étude va nous permettre de simuler l’aile encastrée subissant le poids du TP-400 qui est d’environ 18246.6 N. Nous allons voir le déplacement, les contraintes et la déformation subis par l’aile. Pour ce faire j’ai appliqué le poids sur l’aile grâce à un MPC et nous obtenons les résultats suivants.
24
Figure 19: Déplacement de l'aile
Nous constatons que le déplacement maximal est de 0.442 mm.
Figure 20: Contraintes maximales subies par l'aile
Nous pouvons voir que la contrainte maximale est de 0.295 Mpa.
25
Figure 21: Déformation de l'aile
Aile type A400M :
Etude Modale :
Mode Propre
Fréquences Déformée
1 4,8206
2 17,237
26
3 24,443
4 36,183
5 39,753
6 67,796
27
7 71,365
8 76,835
9 104,14
10 110,1
28
11 120,14
12 143,51
13 152,69
14 153,32
29
15 187,27
Etude Statique
Figure 22: Déplacement de la voilure type A400M
Le déplacement maximal de l’ail est de 0.124 mm.
30
Figure 23: Contraintes que subit l'aile
La contrainte maximale subie par l’aile est de 0.137 Mpa.
Figure 24: Déformation de l'aile
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Aile type ATR 72 :
Etude Modale :
Mode Propre Fréquences Déformée 1 2,5566
2 13,103
3 14,535
32
4 21,252
5 38,769
6 58,342
7 64,551
33
8 72,712
9 89,682
10 97,594
11 113,8
34
12 138,51
13 147,9
14 158,53
15 182,7
35
Etude Statique
Figure 25: Déplacement subis par l'aile
Le déplacement observé est de 0.372 mm.
Figure 26: Contraintes subies par l'aile
La contrainte maximale est de 0.371 Mpa.
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Figure 27: Déformation de l'aile
Type d’aile Déplacement (mm) Contraintes Max (Mpa) A 321 0.442 0.295 A 400M 0.124 0.137 ATR 72 0.372 0.371
Figure 28: Tableau récapitulatif de l'étude structurale
Grace à l’étude structurale réalisée précédemment, nous pouvons donc dire que l’aile de type A400M
réagis mieux que les deux autres tant en déplacement qu’en contraintes maximale subit. Cette aile se déplace relativement peu sous le poids du turboréacteur et possède une contrainte maximale convenable au maintien de l’aile.
Pour conclure sur l’aspect structural, l’aile la mieux adaptée pour notre cas est l’aile de type A400M.
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Conclusion :
Dans le cadre de ce projet, nous avions pour but d’étudier et de trouver le profil d’aile le plus adapté au
Bee-Plane. Pour se faire, nous avons commencé par réaliser une étude bibliographique sur les modèles existant et plus particulièrement sur les modèles équipés de turbopropulseurs (tel que l’ATR 72 et L’A400M). Le moteur que notre tuteur préconisait était le TP-400, nous avons donc réalisé des recherches documentaires sur celui-ci afin de l’incorporer sur nos profils d’ailes. Après quelques recherches nous avons réussi à trouver les profils d’ailes exactes de la voilure de l’Airbus A321 et de l’ATR 72, de plus nous avons émis l’hypothèse que la voilure de l’Airbus A 400M était le même que celui de l’ATR 72. Nous avons aussi émis l’hypothèse que la flèche de la voilure de l’A 400M était de 15°.
Notre travail s’est répartis en trois grandes parties, tous d’abord une étude sur la composition d’une aile
(structures, éléments qui la compose etc.). Ensuite l’établissement du profil exact et de la réalisation du modèle CATIA des trois types d’aile et pour finir une analyse structurale grâce au logiciel Patran.
Nous avons donc trouvé que l’aile d’A321 possédait un profil Naca 4412 alors que l’ATR 72 et
l’A400M un profil Naca 4318, cela nous a permis de modéliser l’aile de façon la précise possible. Ensuite nous avons étudié ces ailes en appliquant le poids du moteur TP 400, nous constatons grâce à cela que les trois types d’aile se déforment relativement peu, cependant nous avons remarqué que l’aile qui se comporte le mieux (tant en déplacement qu’en contraintes max) est celle de l’A400M adapté au dimension du Bee-Plane.
Pour conclure, les axes d’amélioration seraient d’affiner et de modéliser l’aile avec toutes les parties de
l’aile (nervures, longerons et raidisseurs) et de réaliser une étude structurale plus précise du comportement mécanique des modèles proposés.
38
Sommaire des illustrations :
Figure 1: Planning du projet ........................................................................................................................................ 8 Figure 2 : Schéma récapitulatif illustrant les explications précédentes .................................................. 9 Figure 3: Plan 3 vues de l'A321 ................................................................................................................................ 10 Figure 4: Profil Naca 4412 .......................................................................................................................................... 10 Figure 6: Profil Naca 4318 .......................................................................................................................................... 11 Figure 7: Plan 3 vues de l'A400M ............................................................................................................................ 12 Figure 8: Image du TP-‐400 ......................................................................................................................................... 13 Figure 9: Les différentes esquisses du profil de l'aile de l'A321 ................................................................ 14 Figure 10: Rendu de l'aile type A321 ..................................................................................................................... 14 Figure 11: Autre vue de l'aile ..................................................................................................................................... 15 Figure 12: Esquisse récapitulatif de l'aile type A400M .................................................................................. 16 Figure 13: Les différentes esquisses du profil de l'aile de l'A400M ......................................................... 16 Figure 14: Modèle CATIA de l'aile type A400M ................................................................................................. 17 Figure 15: Vue du dessus de l'aile type A400M ................................................................................................. 17 Figure 16: Esquisse récapitulatif de l'aile type ATR 72 ................................................................................. 18 Figure 17: Modèle CATIA de l'aile type ATR72 .................................................................................................. 18 Figure 18: Vue du dessus de l'aile ........................................................................................................................... 19 Figure 19: Déplacement de l'aile .............................................................................................................................. 24 Figure 20: Contraintes maximales subies par l'aile ......................................................................................... 24 Figure 21: Déformation de l'aile ............................................................................................................................... 25 Figure 22: Déplacement de la voilure type A400M ......................................................................................... 29 Figure 23: Contraintes que subit l'aile .................................................................................................................. 30 Figure 24: Déformation de l'aile ............................................................................................................................... 30 Figure 25: Déplacement subis par l'aile ................................................................................................................ 35 Figure 26: Contraintes subies par l'aile ................................................................................................................ 35 Figure 27: Déformation de l'aile ............................................................................................................................... 36 Figure 28: Tableau récapitulatif de l'étude structurale ................................................................................. 36
39
Sommaire des annexes :
Annexe A : Paramètres de la voilure d’un A321……………………………………………………………39 Annexe B : Tableau récapitulatif des données sur les ailes d’A321 et d’ATR 72…………………………40 Annexe C : Quelques dimensions de l’Airbus A321……………………………………………………….42 Annexe D : Grille d’évaluation de Projet de fin d’études …………………………………………………44
40
Annexes :
Annexe A : Paramètres de la voilure d’un A321 :
41
Annexe B : Tableau récapitulatif des données sur les ailes d’A321 et d’ATR 72 :
Manufacturer AIRBUS ATR
Type- Model A321-100 ATR-72-200
Initial service date 1993 1994 Operational Items:
Accomodation:
Max. seats (single class) 220 72 No. abreast 6 4 DIMENSIONS
length overall (m) 44,51 27,166 Fuselage:
44,510 27,166 Height (m) 4,140 2,640 Width (m) 3,950 2,950 Finess Ratio 11,268 Length of tail section (m) 12,500 7,610 Length of cabin in the tail section (m) 5,870 3,074 Length of cockpit 3,680 3,420 Length of cabin (m) 34,200 19,210 Wing:
Area (m²) 122,400 61,000 Span (m) 33,910 27,050 MAC (m) 4,288 Aspect Ratio 9,395 11,995 Taper Ratio 0,240 0,540 1/4 Chord Sweep (º) 25,000 1,000 Dihedral (°) 5,110 3,000 Length of the winglets (m) 1,14 0,44 Position of the wing low high Vertical Tail:
Area (m²) 21,50 Height (m) 6,26 Aspect Ratio 1,82 Taper Ratio 0,303 0,354 1/4 Chord Sweep (º) 34,00 37 Horizontal Tail:
Area (m²) 31,00 Span (m) 12,45
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Aspect Ratio 5,00 Taper Ratio 0,256 0,588 1/4 Chord Sweep (º) 29,00 6 Cargo:
Length of the compartments (m) 19,750 PERFORMANCE
Mach Number:
Cruise Mach Number 0,780 Max. cruise : Speed (kt) 487 Altitude (ft) 28000
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Annexe C : Quelques dimensions de l’Airbus A321 :
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Annexe D : Grille d’évaluation de Projet de fin d’études
Grille d’évaluation de Projet de fin d’études (pfe) AERO 5 (Promotion 2013)
Noms des élèves :
BOUCHER Maxime / KONTOTHEODOROU Alexis
Nom du tuteur : Mr. Dutertre Xavier
Sujet traité : Etude structurale de diffèrent type de voilure pour le projet Bee-‐Plane.
Critères : TS S P I Notes
Management du projet :
Organisation du travail /20
Investissement personnel de l’élève /20
Etude technique :
Originalité de la recherche /40
Originalité de la solution technique et résultats /40
Qualité du rapport :
Plan du document, qualité de la présentation et de la rédaction (orthographe, syntaxe)
/20
Introduction – Conclusion /20
Soutenance orale
Plan, fonds technique, /20
Expression orale et conviction /20
Total /200 Appréciation générale – Conclusion : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ TS = Très satisfaisant S = Satisfaisant P = Passable I = Insuffisant
A Ivry, le
Signature du tuteur :
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Bibliographie / Webographie :
Réf 1: Document Airbus, AIRCRAFT CHARACTERISTICS AIRPORT AND MAINTENANCE PLANNING. Réf 2: http://www.bee-plane.fr/ Réf 3: http://www.airbus.com/aircraftfamilies/passengeraircraft/a320family/a321/ Réf 4: http://www.airbusmilitary.com/Aircraft/A400M/A400MAbout.aspx Réf 5: http://fr.wikipedia.org/wiki/Europrop_International_TP400 Réf 6: http://www.snecma.com/-tp400-.html Réf 7: http://www.atraircraft.com/products/atr-72-500.html
Réf 8: Project Hamburg university, Mach number, relative thickness, sweeps and lift coefficient of the wing - An empirical investigation of parameters and equations, Author: Simona Ciornei. Réf 9: Fichier Excel se rapportant a la référence ci-dessus. Réf 10 : Rapport ESTACA, Projet aménagement intérieur du Bee-Plane
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Sigles et abréviations / Lexique :
PAX : Désigne une personne qui est transportée sans faire partie de l'équipage. TAT : TurnAround Time : temps de demi-‐tour – temps nécessaire à un avion entre le moment où il arrive à la porte de débarquement de l’aéroport pour décharger ses passagers et l’instant où il en repart, avec le plein et les nouveaux passagers CAO : Conception assisté par ordinateur. Naca : National Advisory Committee for Aeronautics. MPC : Multi Point Constraint : Fonction de Patran permettant de créer un nœud indépendant avec des nœuds dépendant afin d’appliquer une force et que celle-ci soit répartie en fonction du nombre de nœuds.
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Résumé / Abstract:
Le présent document traite du projet de dimensionnement des surfaces alaire du Bee-Plane, un avion
futuriste à fuselage détachable qui réduira le cout d’exploitation et qui révolutionnera le transport aérien. Le rapport détaille plus précisément le concept « Bee-Plane » grâce à une brève présentation du projet et des dates cruciales à venir. De plus le rapport traite de l’étude et la recherche des profiles d’aile les mieux adaptées à la structure portante du Bee-Plane dotée de turbopropulseurs TP-400. Grâce à cela nous avons réalisé une modélisation des surfaces d'un A321 en version CFM56, d’un ATR 72 et d’un A 400M. Finalement, il présentera une étude structurale simplifiée qui permettra de valider le modèle de l’aile choisie.
This report talk about a designing project of the wing area of the Bee-Plane, a futuristic plane with a
detachable fuselage which will decrease the operating cost and will revolutionize the air transport. This report provide a short presentation of the Bee-Plane project . Moreover this report speak about the
study and the research of the most suitable profile to the structure of the Bee-Plane knowing that this one is equiped with a turboprop TP-400.
Then we realised a surface designing of an A321 version CFM56, an ATR72 and an A400M. Finally this report will present a structural study which allow to validate the chosen wing model.
