Optimisation multidisciplinaire : étude théorique et application ... - ISAE

10 La conception d'un avion en phase avant-projet
1.1.2 Quel périmètre pour la conception avion ?
Il y a plusieurs façons d'aborder la conception avion. Selon la section précédente, elle doit
aboutir à un appareil atteignant certaines performances, qui constituent soit un objectif de
conception, soit une contrainte à satisfaire (par exemple la vitesse minimale d'approche ou la
distance de décollage).
Prenons un exemple simple : un avion civil est généralement conçu pour emmener d'un point
A à un point B des passagers, il doit donc disposer d'une distance franchissable R que l'on peut
approcher à l'aide de l'équation de Bréguet :
R = F.V
g.C s
ln( M i
M f
). (1.1)
Cette performance, fondamentale pour des appareils commerciaux civils, dépend :
de l'aérodynamique du véhicule au travers de la notion de nesse F (rapport du coecient
de portance sur le coecient de traînée) ;
de sa vitesse de vol V ;
de la consommation spécique du moteur C s ;
de sa masse, au sens large, intégrant la charge utile, mais aussi et surtout sa masse propre
(ou masse à vide équipée/en ordre d'exploitation), qui se décline ici en masse en n de vol
(M f ) et masse au début du vol (M i ),
de g, l'accélération gravitationnelle (g = 9.81m.s −2 ).
L'aérodynamique du véhicule, comme sa structure, dépendent des dimensions de l'appareil.
L'impact de celles-ci sur les caractéristiques correspondantes, ici aérodynamiques et massiques,
est établi au travers de modèles qui traduisent une certaine représentation de la physique
en jeu. Ces modèles établissent le lien entre les paramètres qui décrivent l'avion, que l'on peut
également qualier de variables de conception, et les performances calculées.
D'autres caractéristiques, mises sous la forme de contraintes à respecter, proviennent de
diérentes disciplines, comme par exemple l'empreinte acoustique.
Généralement, on désigne par discipline un domaine d'expertise particulier. Cela peut correspondre
à un domaine physique, comme la mécanique des uides par exemple, ou bien à un
sous-système regroupant plusieurs domaines physique.
La discipline aérodynamique
Cette discipline fournit des caractéristiques de deux types diérents :
aérodynamique basse vitesse pour les performances au décollage (et montée) et à l'atterrissage
(et en approche) ;
aérodynamique en croisière : subsonique ou transsonique pour les avions commerciaux
actuels, supersonique pour les appareils de combat, bas subsonique (ou subsonique incompressible)
pour les avions légers, etc. . .
Selon les besoins et les missions, ces modèles peuvent être capables de restituer des caractéristiques
instationnaires de façon à représenter des phases transitoires requises pour des
aspects relevant de la dynamique du véhicule.
La discipline structure
La masse d'un système mécanique, quel qu'il soit, est le résultat du dimensionnement de ses
constituants assurant la reprise d'eort que cette structure subie. En première approche,
les eorts sont liés à :
la gravité, naturelle ou augmentée par les man÷uvres que l'appareil est susceptible de
faire (on parle de charges) ;