La Defense Advanced Research Projects Agency a chargé Aurora Flight Sciences, une filiale de Boeing, de commencer la conception détaillée d’un avion expérimental qui utilise des rafales d’air pour manœuvrer. (Aurora Flight Sciences)
L’Agence pour les projets de recherche avancée de la défense (DARPA) a fait un grand pas en avant vers la création d’un avion expérimental qui peut être manœuvré sans ailerons traditionnels ou autres dispositifs mécaniques, en utilisant de courtes rafales d’air.
La DARPA a annoncé mardi qu’elle avait sélectionné Aurora Flight Sciences pour commencer la conception détaillée d’un avion qui utilise une technologie appelée contrôle actif du flux pour le diriger, dans le cadre du programme CRANE (Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors). Aurora est une filiale de Boeing dont le siège se trouve à Manassas, en Virginie, et qui est spécialisée dans le développement de conceptions innovantes avancées pour les aéronefs et les systèmes sans équipage.
« Au cours des dernières décennies, la communauté du contrôle actif des flux a réalisé des avancées significatives qui permettent l’intégration des technologies de contrôle actif des flux dans les avions avancés », a déclaré Richard Wlezien, responsable du programme CRANE, dans un communiqué. « Nous sommes confiants dans l’achèvement de la conception et des essais en vol d’un avion de démonstration dont l’AFC est le principal critère de conception. Avec une section d’aile modulaire et des effecteurs AFC modulaires, le CRANE X-plane a le potentiel de vivre en tant que ressource d’essai nationale longtemps après la fin du programme CRANE. »
Un avion typique possède des composants mécaniques tels que des ailerons sur ses ailes et un gouvernail et des gouvernes de profondeur sur sa queue que son pilote utilise pour contrôler le roulis, le tangage et le lacet de l’avion.
Ce principe général est resté largement inchangé et a guidé la conception des avions pendant plus d’un siècle, a déclaré Alexander Walan, ancien responsable du programme CRANE, dans une interview accordée à Defense News en novembre 2021.
Mais la DARPA espère que le concept de contrôle actif du flux, s’il est couronné de succès, pourrait inciter à repenser en profondeur la façon dont les avions sont construits et manœuvrés.
La technologie de contrôle actif de l’écoulement utiliserait de petites rafales d’air provenant d’une aile ou d’une autre surface aérodynamique pour modifier la position ou la direction de l’avion. Selon ce concept, l’impulsion elle-même ne pousse pas les ailes, comme c’est le cas pour un vaisseau spatial qui utilise des propulseurs pour le mettre en position en orbite ou lors de la rentrée dans l’atmosphère.
Au lieu de cela, une rafale de contrôle actif du flux crée une sorte de ralentisseur qui modifie la façon dont l’air s’écoule sur les ailes, ce qui entraîne le déplacement de l’avion.
« C’est très économe en énergie », a déclaré Walan. « Comme j’utilise la façon naturelle dont l’air veut se déplacer, je n’injecte qu’un peu d’énergie pour obtenir un effet important. Nous ne poussons pas réellement le véhicule avec l’air, nous l’utilisons pour adapter la façon dont l’air s’écoule sur l’aile. »
La communauté aérospatiale a envisagé ce concept depuis au moins trois décennies, a-t-il dit, et a essayé des expériences en laboratoire et quelques démonstrations de vol à petite échelle. En 2015, la NASA et Boeing ont fait équipe pour faire voler avec succès un avion 757 modifié avec une queue verticale qui utilisait la technologie de contrôle actif du flux pour une efficacité aérodynamique accrue.
Jusqu’à présent, a déclaré Walan, personne n’a essayé de contrôler un avion entier en utilisant cette technologie.
Si la DARPA décide de passer à la phase suivante, Aurora construira un démonstrateur grandeur nature d’une envergure de 30 pieds et visera à effectuer des essais en vol en 2025. (Aurora Flight Sciences)
Ces dernières années, a-t-il déclaré, la DARPA a estimé que la technologie – notamment les superordinateurs et les outils avancés de dynamique des fluides, ainsi que les drones qui pourraient rendre la démonstration du contrôle actif des flux beaucoup moins coûteuse et plus sûre que les essais sur des avions habités – s’était développée à un point tel que « le moment était venu d’essayer de voir si nous pouvions concevoir un avion autour de cela ».
La DARPA a également dû montrer que cette technologie n’est pas seulement quelque chose qui « semble cool », a-t-il ajouté, mais qu’elle pourrait apporter des avantages tangibles par rapport au système traditionnel.
Dans sa déclaration de mardi, la DARPA a déclaré que cette technologie pourrait améliorer la façon dont les avions volent de plusieurs façons, notamment en éliminant les surfaces mobiles pour contrôler l’avion, en réduisant la traînée, en épaississant les ailes pour une efficacité structurelle et une capacité de carburant accrue, et en simplifiant les systèmes pour améliorer la portance d’un avion. Walan a déclaré en 2021 que cela pourrait également conduire à une réduction des coûts et à une augmentation de l’agilité des avions.
La DARPA a lancé le programme CRANE en 2019, et des organisations telles qu’Aurora, Lockheed Martin et la Georgia Tech Research Corporation ont pris part à ses premières étapes.
Aurora a maintenant terminé la phase 1 du projet, une phase de conception préliminaire qui a donné ce que la DARPA a décrit comme « un avion banc d’essai innovant » qui a utilisé avec succès le contrôle actif du flux dans un test en soufflerie.
Aurora va maintenant passer à la phase 2 dans le cadre du contrat de 42 millions de dollars, où elle créera une conception technique détaillée pour son avion et développera le logiciel de vol et les commandes. Cette phase se terminera par un examen critique de la conception d’un démonstrateur « X-plane », qui sera capable de voler sans les commandes de vol traditionnelles mobiles sur ses ailes ou sa queue.
L’attribution de la DARPA a également l’option de faire passer Aurora à la phase 3 du programme, dans laquelle elle construirait un aéronef grandeur nature de 7000 livres sans équipage qui repose sur le contrôle actif du flux pour que la DARPA le fasse voler à titre d’essai. Cet avion d’essai aurait des configurations d’ailes modulaires qui permettraient à la DARPA ou à d’autres organisations d’intégrer facilement des technologies avancées à l’avenir.
« Compte tenu de tout ce que nous avons appris sur l’AFC et son application aux avions tactiques dans les phases précédentes du CRANE, la prochaine étape consiste à prouver ces connaissances en vol », a déclaré Graham Drozeski, vice-président des programmes gouvernementaux d’Aurora, dans un communiqué de la société. « Le X-plane CRANE est conçu spécifiquement pour explorer l’efficacité des technologies AFC à l’échelle et au nombre de Mach pertinents pour la mission. »
La société a déclaré qu’elle construirait ce X-plane, qui aurait une envergure de 30 pieds, dans ses installations en Virginie, en Virginie-Occidentale et dans le Mississippi, et qu’il volerait jusqu’à Mach 0,7. Aurora espère effectuer des essais en vol en 2025.
Il faudra de nombreuses années, voire jamais, avant que ce type de technologie n’atterrisse dans un avion de l’armée de l’air ou dans un autre appareil militaire. Walan a déclaré en 2021 qu’il s’agit d’un projet expérimental destiné à montrer si ce type de technologie innovante peut fonctionner, et non à améliorer quelque chose déjà en service.
Si le concept fonctionne, a déclaré Walan, il pourrait s’agir d’une technologie « perturbatrice » – et même bouleverser la façon dont les futurs avions sont conçus.
« Parce que nous sommes la DARPA, nous pouvons en quelque sorte repousser un peu les limites », a déclaré Walan. « Je ne suis pas obligé d’avoir un système qui a besoin de ça ».
« Ce que nous essayons de faire dans le cadre de ce programme, c’est d’ouvrir la boîte à outils dont disposent les concepteurs d’avions, afin que les futurs systèmes disposent de nouveaux outils et de nouvelles approches qu’ils peuvent prendre et envisager », a poursuivi Walan. « C’est vraiment l’art du possible ».
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