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

12 La conception d'un avion en phase avant-projet
répondre à des niveaux d'exigences liés à l'emploi du véhicule : on ne demandera pas les
mêmes capacités de man÷uvre à un avion de type Airbus ou à un appareil de voltige.
La discipline énergétique et propulsion
Cette discipline englobe les caractéristiques et performances du groupe propulsif de l'appareil.
Un moteur est un système complexe en soi : il intègre les domaines cités auparavant :
aérodynamique (interne cette fois), structure et matériaux, combustion, thermique etc. . .
D'un point de vue système, la propulsion est vue de façon simpliée au travers d'une
représentation macroscopique (i.e. ne traduisant pas tous les détails techniques d'un moteur,
mais globalisant plutôt ses performances, par exemple la poussée fournie). Compte
tenu de l'importance grandissante de l'impact environnemental des avions, ce domaine est
plus que jamais fondamental pour la conception d'un avion.
La discipline acoustique
Les frottements aérodynamiques, internes (moteur) ou externes (cellule de l'avion), la combustion,
génèrent des ondes acoustiques intenses et multispectrales dont il est aujourd'hui
indispensable de tenir compte. L'impact acoustique est désormais considéré au même titre
que les autres contraintes opérationnelles et doit donc être envisagé au plus tôt dans la
conception d'un appareil.
La discipline thermique
L'importance de cette discipline dépend du type de système à concevoir. Les avions militaires,
par exemple, comme les missiles, vont connaître des écarts de température très
importants requérant une analyse thermique de leur structure. Pour un avion de transport
civil, les ux thermiques, bien que plus constants, imposent néanmoins des dispositifs de
conditionnement d'air et d'isolation non négligeables en termes de masse et d'encombrement.
Ce simple énoncé des disciplines intervenant dans la conception de systèmes aéronautiques
appelle plusieurs commentaires.
La délité des modèles : les modèles assurant les analyses disciplinaires peuvent être de niveaux
de délité variés. Par exemple, il existe plusieurs modèles, plus ou moins sophistiqués,
pour estimer la masse de structure d'une voilure soumise à des eorts dénis. Ces modèles
allant d'une simple loi issue d'observations expérimentales (analyse statistique, modèle
semi-empirique), à des calculs éléments nis en passant par des analogies de mécaniques
des solides (type modèle de poutre RDM 3 ). Le nombre de variables intervenant dans la discipline
augmente généralement avec la complexité du modèle. Les modèles statistiques se
contenteront de données dimensionnelles générales de la voilure (envergure, cordes, épaisseur
relative, èche etc. . .), soit quelques unités, alors qu'un modèle n de type éléments
nis. possède un nombre de variables qui augmente avec le ranement du maillage utilisé,
et la complexité des variables (nature des matériaux utilisés : métallique ou composite).
Selon les besoins, il faudra être capable de jongler entre les niveaux de délité. Par exemple,
lorsque l'on veut faire des calculs précis sur une conguration bien dénie, on doit disposer
de codes de haute délité qui permettront d'approcher au mieux la physique. Dans le
cadre d'une recherche de conguration optimale, on préfèrera utiliser des modélisations
simpliées, et plus enclins à répondre à un grand nombre de sollicitations en un temps
3 Résistance des matériaux.