Grêle virtuelle pour simuler l'impact sur les avions

La grêle peut endommager des pièces névralgiques d'un avion, au point (Graphie) de compromettre la manoeuvrabilité de l'appareil et la sécurité des passagers.
Photo: yyc_guy

Des chercheurs de génie mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...) mettent au point un modèle numérique qui décrit les effets de la grêle sur les composantes d'un avion.

La grêle peut causer des dommages importants à des pièces névralgiques d'un avion, au point de compromettre la manoeuvrabilité de l'appareil et la sécurité des passagers. Pour cette raison, il faut pouvoir prédire comment les nouvelles composantes d'avion développées par les concepteurs aéronautiques répondront à une tempête de grêlons. "C'est particulièrement important pour les nouvelles pièces faites en matériau composite", signale Augustin Gakwaya, professeur au Département de génie mécanique et directeur du programme de 2e cycle en génie aérospatial. Les concepteurs font de plus en plus appel à ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) légers qui réduisent le poids (Le poids d'un corps nu ou force de pesanteur est la force exercée sur un corps (de masse m) immobile dans le référentiel terrestre (c’est-à-dire, lié à l'objet solide Terre en rotation), par...) de l'avion et les coûts en carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.). Par contre, leur résistance n'est pas toujours équivalente à celle des matériaux courants.

Marie-Anne Lavoie, Augustin Gakwaya et leur collègue Manouchehr Nejad Ensan, du Conseil national de recherches du Canada, viennent de publier, dans Mechanics Research Communications, la première partie d'un modèle numérique qu'ils ont mis au point pour prédire l'effet de la grêle sur les composantes des avions. Ceux qui croient qu'on étudie ce genre de problèmes en lançant un avion équipé d'instruments scientifiques sophistiqués dans un nuage de grêle seront déçus. "La première étape du modèle consiste à décrire la pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) générée par un grêlon lorsqu'il frappe une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...)", explique le professeur Gakwaya.

Les chercheurs ont élaboré un modèle numérique qui décrit l'effet de la grêle sur un avion en faisant appel à des outils mathématiques. Une méthode hydrodynamique d'écoulement des fluides sert à simuler l'impact du grêlon et le calcul par éléments finis reproduit la réaction de la composante de l'avion. Pour déterminer si la pression du grêlon prédite par leur modèle colle à la réalité, ils ont produit, en laboratoire, un grêlon type de 35 grammes en compactant de la neige dans un moule jusqu'à l'obtention d'une densité (La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une substance homogène à la masse du même volume d'eau pure à la température de 3,98 °C.) correspondant à celle de la grêle "naturelle". Puis, à l'aide d'un canon, ils ont projeté ces grêlons à une vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) de 45 m/s contre une surface d'aluminium recouverte d'une pellicule sensible à la pression. Les microbulles de cette pellicule explosent à une pression donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.), libérant du coup le colorant qu'elles contiennent. La densité de la coloration après le passage du grêlon indique la pression maximale générée. Les résultats obtenus lors de ces tests s'apparentent à ceux prédits à l'aide du modèle numérique, confirmant ainsi que les chercheurs sont sur la bonne voie.

"Il y a encore des aspects à améliorer dans notre modèle, mais nous croyons qu'éventuellement il pourra être utilisé pour améliorer le design et tester le comportement des composantes d'avion", ajoute le professeur Gakwaya. Soulignons en terminant que son équipe effectue des travaux similaires sur un autre danger qui menace les avions: les collisions avec les oiseaux.

sources:techno-science.net