Optimisation robuste des aéronefs et des groupes turboréacteurs

Les prochaines générations d'aéronefs et de groupes motopropulseurs devront rencontrer et peut-être anticiper des contraintes d'opération de plus en plus strictes. Cette évolution des exigences de design provient de l'impact cumulatif d'un resserrement des normes environnementales en ce qui a trait à la pollution atmosphérique et sonore, d'un épuisement progressif des réserves en carburants fossiles qui occasionnera une augmentation du coût du carburant, ainsi qu'une augmentation continue du trafic aérien. Afin de s'adapter à ces changements dans le marché, les compagnies d'aéronef et de moteur vont devoir explorer l'éventail possible de bénéfices et de risques associés à une plage plus grande de nouveaux designs et de technologies. En même temps, il sera necessaire d'assurer que le produit constitue une solution rentable lorsqu'opéré dans l'environnement économique futur prévu pour la prochaine génération d'avion. L'objectif de cette étude est de développer une méthodologie permettant l'obtention de designs préliminaires optimaux robustes aux incertitudes et de quantifier le compromis entre un design robuste et un gain potentiel en performance. La méthodologie développée est appliquée à un avion régional de soixante-dix places afin de déterminer l'impact de l'incertitude. L'approche cherche à optimiser le design tout en minimisant sa sensibilité aux incertitudes. Le but est de réduire les risques que le design nécessite des corrections coûteuses à un stade plus avancé dans le processus de design. Une plateforme de design a été développée afin de permettre l'étude en mode conceptuel des performances de l'avion et du moteur. Celle-ci comprend quatre modules incluant : le logiciel de design et de performance d'avion Pacelab APD, un métamodèle construit avec le logiciel GasTurb pour la performance du moteur, un module de prédiction du niveau de bruit, ainsi qu'un module permettant de calculer les coûts d'exploitation. Ces deux derniers furent construits à partir de données de la litterature. L'impact associé à deux types d'incertitudes présents au stade préliminaire de design a été étudié. Ceux-ci sont l'incertitude qui se rapporte aux prévisions du marché lorsque la prochaine génération d'avion va être en service, ainsi que l'incertitude du niveau de fidélité des modèles. D'après des prédictions du prix du brut pour le futur, la recherche a déterminé qu'un avion conçu avec une vitesse de croisière similaire aux avions à réaction d'aujourd'hui va minimiser la moyenne des coûts d'exploitation en adoptant une configuration qui minimise la consommation de carburant. Inversement, il a été déterminé que le prix du carburant n'a pas d'influence sur le design optimisé lorsque la moyenne des coûts d'exploitation est minimisée avec un nombre de Mach en croisiere variable.