Foudre et avions du futur: simulation physique pour des protections sur mesure
Face à des géométries d’appareils de plus en plus audacieuses, des chercheurs du MIT ont développé un outil de simulation fondé sur la physique pour prévoir comment la foudre interagira avec ces avions. L’objectif: concevoir des protections anti-foudre plus légères et mieux adaptées aux formes nouvelles, sans sacrifier la sécurité.
Un zonage anti-foudre à réinventer
La sécurité aérienne s’appuie depuis des décennies sur des données issues d’avions au design classique dit ‘tube et ailes’. Les zones les plus exposées, comme le nez ou les extrémités des ailes, reçoivent des blindages renforcés, souvent sous forme de feuilles de cuivre intégrées. Ce zonage, conçu à partir d’expériences et d’inspections après impact, optimise la protection tout en limitant le poids.
Mais les nouvelles configurations – ailes rhomboïdales, fuselages intégrés et ailes volantes – n’ont pas d’historique de foudroiement. Sans données empiriques, les méthodes traditionnelles deviennent insuffisantes pour déterminer où renforcer la structure et où alléger les protections.
La physique comme boussole
Pour répondre à cette lacune, l’equipe dirigée par la professeure Carmen Guerra-Garcia a développé une simulation agnostique à la forme de l’appareil. Le modèle combine la dynamique des fluides, pour reproduire l’ecoulement d’air autour de l’avion en vol, et l’electrostatique, pour estimer le comportement des arcs de foudre.
L’outil simule des dizaines de milliers d’arcs potentiels en partant des points d’attache probables. Il calcule ensuite comment le courant se propage – ou ‘balaye’ – la surface de l’avion, influence par la vitesse et les flux d’air. Ce calcul permet d’identifier les trajectoires preferentielles du courant, quelle que soit la complexite de la geometrie.
Des cartes de vulnérabilité pour optimiser la protection
Les resultats prennent la forme de cartes de zonage qui colorent les sections de l’appareil selon le risque. Ces cartes indiquent non seulement les points d’impact probables, mais aussi le ‘temps de sejour’ de l’arc sur chaque zone – un parametre decisive, car une region ou l’arc s’attarde necessitera un blindage plus robuste.
En integrant ces cartes des les phases initiales de conception, les constructeurs peuvent dimensionner des protections sur mesure, minimisant le poids additionnel tout en maintenant le niveau de securite requis.
Validation et applications au-dela de l’aviation
Pour valider leur approche, les chercheurs ont appliqué l’outil a des avions conventionnels et ont constate une forte concordance entre leurs cartes et les normes industrielles forges par des decennies d’experience. Soutenu par Boeing, le projet est desormais deploye sur des concepts futuristes et etend ses applications a d’autres infrastructures sensibles, comme les eoliennes offshore, qui subissent des degats importants lies a la foudre.
Enjeux pour la certification et la conception
- La simulation physique permet de rattraper l’absence de donnees historiques pour les formes nouvelles.
- Elle offre une methode pour optimiser le compromis poids-securite, essentiel pour l’efficacite energetique des futurs appareils.
- Elle pose les bases d’une approche de certification ou la simulation guide la conception avant les essais physiques.
Alors que les silhouettes des avions evoluent, cette methode garantit que la protection contre la foudre evoluera elle aussi, en s’appuyant sur des calculs physiques plutot que sur l’analogie avec des designs du passe.
