Quels sont les effets des ailes très flexibles du Boeing 787 '?

À partir dici:

Le montant du flex est vraiment un produit du matériau. Laile nécessite une résistance ultime spécifiée; avec du métal, cela se traduit par une quantité donnée de flex. Cela peut varier dans certaines limites, mais cest vraiment le matériau, son rapport rigidité / limite élastique et ses propriétés de fatigue qui contrôlent le degré de flexion que vous allez obtenir. Le CFRP est un matériau très différent, et a beaucoup moins de rigidité pour la même limite délasticité, et na pratiquement aucun problème de fatigue. Ceci est avantageux en ce quil offre une conduite plus douce dans les turbulences; laile agissant essentiellement comme une lame de ressort géante. Cependant, il y a une certaine portance perdue en raison de la nature de la courbure. Cependant, cest relativement petit.

Commentaires

• Comment corréler élasticité et rigidité? Le CFRP a une rigidité spécifique supérieure à celle de laluminium et de lacier …
• Augmenter la rigidité, signifie augmenter la masse, réduire le rendement / la portance. Ce matériau offre une résistance élevée avec une rigidité / masse relativement faible, ce qui signifie un bon rapport et, par conséquent, la flexion conséquente que vous voyez.
• Mais le flex est dans la conception, pas dans la rigidité du matériau . Vous pourriez construire des ailes beaucoup plus rigides avec CFRP. CFRP (fait correctement) offre à la fois une excellente rigidité & résistance, avec une contrainte de rupture relativement faible par rapport à laluminium. Je suis d’accord sur le point de fatigue, cependant.
• Vous pourriez construire des ailes beaucoup plus rigides avec le CFRP. Cependant, laugmentation de la masse réduira davantage la portance résultante que davoir des ailes ‘ plates ‘.
• Ce que je veux dire, cest que le CFRP ne montre en général pas une rigidité inférieure pour un rendement donné. Le flex est une décision de conception donnant le meilleur compromis, mais pas intrinsèquement dû au matériau.

Les ailes du Boeing 787 sont si flexibles car son matériau en fibre de carbone peut être plus étiré, et le rapport hauteur / largeur élevé de 11 amplifiera cet effet. En vol, tout ce que vous ressentirez est moins de tremblements dus aux rafales, car laile amortira plus efficacement les changements de charge. Au sol, laile peut avoir moins de dégagement en bout, car il faut moins de dièdre intégré – le reste est fourni par lélasticité de laile en vol.

Linfluence sur les performances est légèrement négative, mais cest un effet très faible. Il peut être comparé à la résistance au roulement dun vélo rigide par rapport à un vélo avec un cadre à ressort.

La quantité de flexion pour un moment de flexion donné dépend de trois facteurs:

1. Envergure de laile: une courbure donnée de laile due à une flexion au pied de laile provoquera un déplacement de la pointe proportionnel à la distance de cette pointe à la racine.
2. Hauteur du longeron: cette courbure croît avec linverse du carré de la hauteur du longeron. Une épaisseur relative inférieure de laile produira plus de flexion.
3. Matériau du longeron: Le module de Young du matériau décrit combien il sétire pour une contrainte donnée. Plus important, cependant, est lallongement élastique à la limite délasticité. La fibre de carbone a un module dYoung plus élevé que laluminium, mais est élastique jusquà la rupture, de sorte quelle peut être étirée davantage et produit plus de flexion à la limite délasticité.

Les chiffres: Le module de Young de laluminium est assez constant pour une large gamme dalliages et normalement 70 000 MPa ou N / mm². Le module des fibres de graphite dépend de leur procédé de fabrication et varie entre 200 000 et 700 000 MPa ou N / mm². Cependant, cette valeur ne peut pas être comparée directement à celle de laluminium. Le module final du composite dépend de lorientation des fibres et de la teneur en résine.

Il est sûr de supposer que Boeing (ou plus précisément Mitsubishi Heavy Industries) utilise une fibre moderne à haute résistance comme IM7 (pdf) (IM signifie module intermédiaire), qui a un module de 276 000 MPa. Il est également sûr de supposer que la plupart des fibres sont orientées dans le sens de la travée, de sorte quelles peuvent contribuer pleinement à absorber les charges de flexion. Si nous supposons une teneur en fibres conservatrice de 60%, le module résultant du le matériau du longeron doit être de 164 000 MPa. Cependant, le longeron nest pas un composant distinct, mais une partie du caisson doit supporter des charges de torsion. Alors que laluminium est un matériau isotrope (il a les mêmes propriétés dans toutes les directions), le CFRP est hautement anisotrope et lajout de résistance à la torsion nécessitera des fibres supplémentaires dans dautres directions. Conséquence: le module effectif du caisson daile dans le sens de la flexion peut être aussi bas que 110 000 MPa.

En fin de compte, ce qui compte, cest la quantité de matériau disponible pour supporter les charges de flexion. Ici, la limite délasticité du matériau entre en jeu: plus un matériau peut tolérer une contrainte avant de présenter une déformation plastique, moins il en faut pour supporter un moment de flexion donné. Pour arriver directement à la déformation maximale, il suffit de regarder la déformation élastique maximale. Avec IM7, cest 1,9%, et avec aluminium 7068 (pdf) à haute résistance, il est inférieur à 1% avant que le matériau ne subisse un allongement permanent. Cela signifie que, même si le CFRP est plus rigide que laluminium, il peut être chargé davantage et sétirer davantage avant datteindre ses limites.

Commentaires

• Merci pour la réponse. Mais ma question portait sur les performances en vol des ailes extrêmement flexibles, pas sur la raison pour laquelle les ailes fléchissent en premier lieu.
• @shortstheory: Théoriquement, il y a une petite réduction des performances due au flex des ailes, mais cest extrêmement petit. Ce que je veux dire, cest que cela réduit principalement le facteur de charge ressenti par la charge utile en raison des rafales.
• Mais lAirbus A350 qui est développé avec presque les mêmes matériaux, a le même flex daile ou non? et, sinon, simplement  » pourquoi « ?

Non seulement le 787 avec CFRP a cela, mais toutes les ailes fléchissent beaucoup comme le montre la partie inférieure de cette image. Source: Introduction à laérodynamique transsonique par R. Vos et S. Farokhi

De nos jours, les concepteurs intègrent la flexion dans le design, sassurant que la forme en croisière est exactement comme ils le veulent. Mais les deux graphiques ci-dessus montrent quelques faits intéressants. Sur la gauche, vous pouvez voir la répartition de la pression à différents endroits sur une aile flexible, et à droite la même chose, mais alors pour une aile rigide (donc, non déformée)

Vous pouvez le voir sur la droite image (autour de x / c = 0,3), il y a des sauts brusques dans les graphiques, ceux-ci indiquent des chocs et entraînent une traînée de vague. Du côté flexible, les gradients sont moins raides, ce qui signifie que londe de choc est moins forte. En conséquence, la traînée donde sera moindre.

Ainsi, sur la base de ces graphiques, nous pouvons conclure que laile flexible aura moins de traînée donde, que la même aile qui ne se déformerait pas.

Commentaires

• Bonne réponse! Mais ‘ t les concepteurs ne tordraient-ils pas laile juste pour quelle ait langle dattaque souhaité sous la charge à tous les postes daile? Après tout, le résultat de la flexion dune aile balayée vers larrière est de réduire langle dattaque aux stations extérieures. Bien sûr, laile non pliée aura trop de charge aux stations extérieures.
• Cétait aussi ce que je visais. Les concepteurs savent que laile se déformera et en tiendra compte dans leur conception de sorte quen croisière, la forme soit optimale. Jai fait la comparaison avec le boîtier rigide, non seulement pour montrer que la flexion est une bonne chose, mais aussi pour expliquer pourquoi.