Étude de stabilité statique et dynamique d'un avion Blended-Wing-Body de 100 passagers

Delecroix, Thomas (2017). Étude de stabilité statique et dynamique d'un avion Blended-Wing-Body de 100 passagers. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le Blended-Wing-Body (BWB) est un concept d’avion récent à la croisée des ailes volantes et des avions conventionnels appelés Tube-And-Wings (T&W). Ce nouveau concept possède des avantages importants par rapport aux avions conventionnels en termes de consommation de carburant mais aussi en termes de réduction des émissions sonores. De nombreuses études se sont intéressées aux raisons de ces économies de carburant ou de ces émissions sonores plus faibles mais peu ont pris en compte la stabilité. Or ce nouveau design d’avion présente un problème majeur de stabilité causé par l’absence d’empennage. De plus la majorité de ces études se sont limitées aux avions de grandes dimensions ayant pour but des trajets transocéaniques.

C’est pour cela que ce mémoire s’est intéressé à l’étude de la stabilité d’un avion BWB de 100 passagers. Neuf configurations différentes de BWB ont été étudiées afin d’observer l’impact sur la stabilité de différentes modifications mais aussi d’améliorer la stabilité de cet appareil.

L’étude débute par l’établissement des contraintes de stabilité nécessaires à la certification d’un avion. Ces contraintes sont exprimées sous la forme des Flying Qualities Requirements (FQR). Par la suite, le logiciel Athena Vortex Lattice (AVL) est sélectionné comme logiciel de simulation numérique afin de pouvoir analyser le comportement en vol de l’avion. Une méthode permettant d’évaluer la stabilité de l’avion en fonction de ces FQR à partir des résultats d’AVL est alors établie. Cette méthode est alors appliquée aux neuf configurations différentes afin d’observer l’impact sur la stabilité des modifications apportées.

Les résultats démontrent que la configuration initiale de l’avion est instable en deux modes de stabilité statiques sur trois et deux modes de stabilité dynamiques sur cinq. La dernière configuration étudiée est au contraire stable dans les trois modes de stabilité statiques et dans quatre des cinq modes de stabilité dynamiques. Le cinquième mode de stabilité dynamique était stable dans la configuration initiale mais ne l’est plus suite aux modifications puisque sa stabilité n’est pas requise pour la certification. L’appareil ne possède cependant pas les meilleurs niveaux de certification possibles vis-à-vis de trois des huit critères des FQR.

Titre traduit

Static and dynamic stability study of a 100 passengers Blended-Wing-Body aircraft

Résumé traduit

The Blended-Wing-Body (BWB) is a recent airplane concept that shares similarities with both flying wings aircraft and Tube-And-Wings (T&W) aircraft. This concept presents various benefits with respect to conventional aircraft such as lowered fuel consumption and lowered noise emissions. Numerous studies have studied the reasons for those benefits but only a few have taken into account the stability of the plane despite its inherent instability. Indeed, most of those efficiency gains are due to the deletion of the stabilizer and this alteration diminishes the stability of the plane. Moreover, a majority of those studies have focused on long-range aircraft since the best efficiency gain, when compared to T&W aircraft, is encountered on transoceanic flights.

For those reasons, this study focused on the stability study of a 100 passengers BWB. To study the impact on stability various changes will have, nine configurations were produced and analysed. Finally, those changes were combined altogether to produce a configuration as stable as possible.

To start off, the Flying Qualities Requirements (FQR) are presented as the airplane’s stability will be evaluated based on those certification constraints. Next, Athena Vortex Lattice (AVL) is selected as the numerical analysis software used to study the plane’s behaviour in flight. Then a method allowing us to use AVL’s results to evaluate the stability of the plane and compare it to the FQR is established. This method is then used on the nine configurations allowing us to study the effect on stability of the various changes implemented.

The first results indicates that the plane is initially unstable in two of the three static stability modes and two of the five dynamic stability modes. The ninth configuration is however, stable in all three static stability modes and four out of the five dynamic stability modes. The initial configuration was stable in the fifth dynamic stability mode but the plane doesn’t need to be stable in this mode to be certified. Nonetheless, the plane doesn’t attain the best certification level in three of the eight FQR criterion.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Rapport de mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie aérospatial". Bibliographie : pages 143-146.
Mots-clés libres:	Avions Fuselage. Avions Stabilité. Avions Pilotage Simulation par ordinateur. Aérodynamique blended-wing-body, stabilité statique, stabilité dynamique, méthode vortex lattice, athena vortex lattice
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Morency, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	13 juill. 2017 20:33
Dernière modification:	13 juill. 2017 20:33
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1909

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