Des technologies de pointe pour réduire les vibrations et le bruit des avions d’affaires
Les vibrations dans les avions sont généralement générées par la rotation à grande vitesse des moteurs et par les charges aérodynamiques sur les fuselages. Le moteur est également une source majeure de bruit. Le développement de nouveaux avions se heurte à deux grands défis connexes. «Premièrement, le confort des passagers doit être continuellement amélioré», commente Michael Loupis, coordinateur du projet TAVAC, financé par l’UE. «Deuxièmement, à mesure que des moteurs d’avion plus puissants et plus efficaces sont introduits et que de nouvelles cellules légères sont adoptées, l’intensité des vibrations du moteur et de la cellule est augmentée, tandis que la capacité d’amortissement du fuselage est réduite, ce qui constitue un obstacle à l’amélioration de la performance de la cellule et du moteur.»
Nouvelles techniques de suppression des vibrations et du bruit
Les partenaires du projet ont développé un système de contrôle actif des vibrations (AVCS) qui utilise des supports de moteur actifs pour s’adapter aux vibrations de celui-ci. Ils ont simulé et démontré virtuellement les performances opérationnelles de l’AVCS sur un avion grandeur nature afin de réduire considérablement la pression acoustique de son fuselage. L’objectif de réduction de 15 dB a été dépassé en utilisant un nombre minimum d’actionneurs. Ils ont proposé un actionneur piézoélectrique disponible dans le commerce pour les paramètres d’installation du dispositif anti-vibration. «L’installation de l’AVCS proposé a eu peu d’effet sur la rigidité du support existant, et a fonctionné avec des besoins en énergie presque négligeables», note Michael Loupis. Les membres de l’équipe ont également conçu un système actif d’annulation du bruit (ANCS pour «active noise cancelation system») afin de réduire l’inconfort sonore dans l’espace passagers. Intégré à l’intérieur de chaque siège passager, il se compose de haut-parleurs, de microphones et de dispositifs des lois de contrôle de vol. Sur la base d’un algorithme classique, pour des raisons de fiabilité et de simplicité, ils ont ensuite mis en œuvre et testé expérimentalement l’ANCS dans une maquette de cabine avec une configuration présentant deux sièges de trois passagers face à face. L’équipe a testé l’ANCS pour différents signaux de bruit. Elle a conclu à la réduction d’au moins 10 dB du bruit lié à la vitesse de rotation du moteur et à la possibilité d’une réduction globale du bruit de 15 dB dans certaines conditions spécifiques. Le poids total, y compris le contrôleur de réseau de portes programmables (FPGA), les microphones, le haut-parleur, les amplificateurs et l’alimentation électrique, ne dépasse pas 9 kg. Les ingénieurs ont également mis au point un AVCS («active vibration cancelation system») pour réduire les vibrations aérodynamiques transférées à l’espace passagers par le plancher du fuselage. Avec les actionneurs disponibles dans le commerce, la masse auxiliaire nécessaire dépasse les limites de poids prévues pour tenter une réduction, car la rigidité de l’actionneur empêche de régler librement l’amortisseur de masse semi-actif à rigidité variable (SATMD) initialement sur le mode ciblé. En outre, la pile piézoélectrique n’est pas optimisée et, lorsqu’elle est réglée sur des modes inférieurs, les performances ne sont pas optimales; cependant, avec une masse auxiliaire plus élevée, on obtient des réductions allant jusqu’à 6 dB. Il poursuit en précisant: «Les performances des actionneurs personnalisés permettent d’obtenir des réductions plus importantes, puisque nous pouvons régler le SATMD sur le mode cible en utilisant la masse auxiliaire dans les limites de poids», explique Michael Loupis.
Un avantage concurrentiel grâce à l’amélioration des performances des avions et du confort des passagers
«Les technologies proposées par TAVAC en matière d’acoustique, de vibrations et de contrôle du bruit sont très prometteuses, car elles amélioreront le confort des passagers, la qualité du voyage aérien et les services fournis, et apporteront un avantage concurrentiel aux nouveaux avions d’affaires et régionaux», conclut Michael Loupis. «Elles amélioreront également les performances et l’efficacité énergétique des avions.» Le projet devrait avoir un impact majeur sur le développement de technologies appliquées pour l’amélioration des performances des avions, une priorité essentielle des programmes européens Clean Sky et Flightpath 2050.
Mots‑clés
TAVAC, vibration, bruit, avion, moteur, fuselage, AVCS, ANCS, SATMD
