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May 30, 2023

Le nouveau X de la DARPA

Être capable d'éliminer les surfaces de contrôle mobiles traditionnelles pourrait fondamentalement

Être capable d'éliminer les surfaces de contrôle mobiles traditionnelles pourrait changer fondamentalement la façon dont les avions, en particulier les avions furtifs, sont conçus.

Chèvre frénétique

La Defense Advanced Research Projects Agency est passée à la phase suivante de son programme Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors, ou CRANE. Le projet est centré sur un avion expérimental sans équipage, développé par Aurora Flight Sciences, qui n'a pas de surfaces mobiles traditionnelles pour contrôler l'avion en vol.

La conception CRANE d'Aurora Flight Sciences, qui n'a pas encore de désignation ou de surnom officiel d'avion X, utilise à la place un système de contrôle de débit actif (AFC) pour manœuvrer l'avion à l'aide de rafales d'air hautement pressurisé. Cette technologie pourrait éventuellement trouver sa place dans d'autres conceptions militaires et civiles. Il pourrait avoir des implications particulièrement importantes lorsqu'il est appliqué aux futurs avions furtifs.

La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a publié hier un communiqué de presse concernant les derniers développements du programme CRANE. Aurora Flight Sciences, une filiale de Boeing, a annoncé avoir reçu un contrat de phase 2 pour poursuivre les travaux sur ce projet le 12 décembre 2022.

"La phase 2 se concentrera sur la conception détaillée et le développement de logiciels et de commandes de vol, aboutissant à un examen critique de la conception d'un démonstrateur X-plane qui peut voler sans commandes de vol mobiles traditionnelles à l'extérieur des ailes et de la queue", selon DARPA. "Le contrat comprend une option de phase 3 dans laquelle la DARPA a l'intention de piloter un avion X de 7 000 livres qui répond aux deux principaux obstacles techniques de l'incorporation de l'AFC dans un avion à grande échelle et de sa dépendance pour un vol contrôlé."

Aurora faisait partie des quatre entreprises engagées pour mener des études de conception initiales liées à CRANE en 2020 et 2021 dans le cadre de la phase 0 du programme. L'entreprise a exploré plusieurs conceptions, y compris des types de rotors basculants inspirés du Bell/Boeing V-22 Osprey et un autre vertical avion capable de décoller et d'atterrir avec des ventilateurs de levage intégrés dans ses ailes. Une version modifiée du démonstrateur de corps d'aile mixte X-48C de Boeing a également été envisagée, entre autres.

La conception sur laquelle Aurora a finalement opté était plus proche d'un avion conventionnel. Cependant, il a une forme en plan dite Co-Planar Joined Wing (CJW) composée de deux ensembles d'ailes attachées à un fuselage central unique qui se confondent aux extrémités, ainsi qu'un arrangement de queue verticale jumelle. Tel qu'il est actuellement conçu, le drone utilisera des "bancs" de tuyères installés à divers points sur les ailes pour manœuvrer dans les airs.

La disposition du moteur principal de l'avion n'est pas tout à fait claire. Une prise d'air sous le menton sous le fuselage avant ainsi qu'une seule buse d'échappement à l'arrière vue dans l'art conceptuel officiel et sur les modèles de soufflerie sembleraient indiquer un plan pour propulser l'avion avec un seul moteur à réaction.

Il est également difficile de savoir si le système de propulsion principal de l'avion, ou une sorte de source d'alimentation auxiliaire, devrait générer l'air sous pression nécessaire au fonctionnement des bancs de buses AFC. L'art conceptuel que la DARPA a publié semble montrer une prise séparée sur le dessus du nez et un échappement plus petit sur la partie médiane du fuselage qui pourrait être lié au système AFC.

Fait intéressant, la conception d'Aurora "est configurée pour être un banc d'essai modulaire avec des ailes extérieures remplaçables et des effecteurs AFC interchangeables. La conception modulaire permet de tester non seulement les effecteurs AFC d'Aurora, mais également les effecteurs AFC de diverses autres conceptions", a publié un communiqué de presse de la société en décembre. 2022 dit. "En étendant les capacités de test au-delà des composants conçus par Aurora, le programme fait progresser son objectif de fournir la confiance nécessaire pour les futurs besoins en aéronefs, tant militaires que commerciaux, afin d'inclure les capacités compatibles AFC."

Aurora a déjà effectué d'importants tests en soufflerie sur des modèles à petite échelle avec des composants AFC représentatifs dans le cadre de la phase 1 de CRANE. La société, avec Lockheed Martin, a été choisie pour passer à cette phase du programme en 2021.

"À l'aide d'un modèle à l'échelle de 25 %, Aurora a effectué des tests sur quatre semaines dans une soufflerie à San Diego, en Californie. En plus de 11 surfaces de contrôle conventionnelles mobiles, le modèle comportait 14 banques AFC avec huit canaux d'alimentation en air AFC contrôlables entièrement indépendants, " selon un communiqué de presse publié par la société en mai 2022. "Plus de 14 000 points de données ont été collectés, dont 8 860 points d'alimentation de contrôle AFC, formant la base d'une base de données aérodynamique de qualité de vol pour permettre une exécution rapide dans les futures phases du programme."

Si la DARPA passe à la phase 3 du programme CRANE, Aurora construira alors le prototype complet de 7 000 livres, qui, selon la société, devrait également avoir une envergure de 30 pieds et être capable d'atteindre des vitesses allant jusqu'à Mach 0,7. Les essais en vol pourraient commencer dès 2025.

Si la conception de l'avion CRANE X s'avère viable et se transforme en un véritable avion en état de navigabilité, cela pourrait avoir des ramifications importantes pour le développement futur des avions. La capacité d'éliminer le besoin de gouvernes mobiles pourrait entraîner des changements fondamentaux dans la façon dont tout avion pourrait être développé à l'avenir.

Se débarrasser des surfaces de contrôle traditionnelles permet intrinsèquement à une conception d'être plus aérodynamique, et donc de voler de manière plus efficace, en particulier à des altitudes plus élevées. Un avion avec un système AFC n'a pas besoin des divers actionneurs et autres composants pour déplacer des éléments tels que les ailerons et les gouvernails, offrant de nouvelles façons de réduire le poids et l'encombrement.

Une conception d'avion plus légère et plus rationalisée utilisant un système AFC pourrait être capable d'une plus grande maniabilité. Cela pourrait être particulièrement vrai pour les types sans équipage qui n'ont pas non plus à se soucier des limitations physiques d'un pilote.

L'élimination d'un si grand nombre de pièces mobiles signifie également moins d'éléments susceptibles de se casser, ce qui améliore la sécurité et la fiabilité. Cela éliminerait également diverses exigences de maintenance et de logistique. Cela pourrait rendre une conception militaire plus résistante aux dommages de combat et plus facile à réparer également.

Bien que tout cela puisse être bénéfique pour de nombreux types d'avions, la technologie AFC pourrait être particulièrement importante lorsqu'elle est appliquée aux conceptions furtives. Les concepteurs d'avions furtifs doivent être conscients de tous les joints ou autres espaces entre les surfaces exposées, et essayer de les maintenir généralement au minimum, pour s'assurer que la section efficace du radar reste aussi faible que possible.

A ce titre, les gouvernes traditionnelles, qui par définition ne peuvent pas toujours affleurer le reste de la forme extérieure de l'avion, constituent un enjeu majeur et aujourd'hui incontournable. Les conceptions Fly-by-wire permettent également à ces surfaces de flotter à tout moment pour maintenir la stabilité de l'avion furtif en vol vers l'avant. La technologie AFC promet de changer cette réalité et de faciliter l'optimisation des qualités d'évitement radar d'une conception furtive. D'autres technologies, comme la capacité de déformer dynamiquement les structures des ailes pour fournir un contrôle de vol, pourraient également aider au futur contrôle de la signature radar des avions furtifs.

Le programme CRANE et la conception d'Aurora Flight Sciences ne sont bien sûr pas la première fois que la technologie AFC est expérimentée. BAE Systems, dont le siège est au Royaume-Uni, qui était un autre des participants à la phase 0 de CRANE, a expérimenté très publiquement divers concepts AFC depuis au moins 2010. Le plus récent de ces développements était une conception équipée d'AFC appelée MAGMA. Décrit par BAE comme un "grand modèle", cet avion a en fait volé et vous pouvez en savoir plus ici.

"Au cours des dernières décennies, la communauté du contrôle actif des flux a fait des progrès significatifs qui permettent l'intégration des technologies de contrôle actif des flux dans les avions avancés", a déclaré Richard Wlezein, responsable du programme CRANE à la DARPA, dans un communiqué inclus dans le communiqué de presse d'aujourd'hui. "Nous sommes confiants quant à l'achèvement de la conception et des essais en vol d'un avion de démonstration avec l'AFC comme principale considération de conception."

Quoi qu'il arrive, la DARPA et Aurora voient toutes deux un avenir pour cette conception au-delà du programme CRANE.

"Avec une section d'aile modulaire et des effecteurs AFC modulaires, l'avion CRANE X a le potentiel de vivre en tant qu'actif de test national longtemps après la fin du programme CRANE", a ajouté le communiqué de Wlezein.

"En étendant les capacités de test au-delà des composants conçus par Aurora, le programme fait progresser son objectif de fournir la confiance nécessaire pour les futurs besoins en aéronefs, à la fois militaires et commerciaux, afin d'inclure les capacités compatibles AFC", a déclaré le communiqué de presse d'Aurora en décembre 2022, faisant référence à sa conception de banc d'essai modulaire susmentionnée.

« Tirant parti des investissements ciblés de Boeing dans le contrôle actif des flux, nos avancées sur le programme CRANE visent à valider davantage les avantages potentiels de la technologie pour améliorer l'efficacité et les performances des avions commerciaux et militaires », a déclaré Laurette Lahey, directrice principale, Boeing Research and Technology, Flight & Vehicle Technology, a déclaré dans un autre communiqué l'année dernière.

Tout compte fait, il sera très intéressant de voir comment le programme CRANE se déroule maintenant et s'il conduit finalement à la construction d'un avion X potentiellement révolutionnaire.

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