fr.wedoany.com Rapport : Boeing a supprimé la conception en dents de scie sur le bord de fuite de la nacelle moteur du 777X lors de la finalisation de la configuration et de la présentation de l'avion d'essai physique. Dans les images conceptuelles du 777X dévoilées en 2013, le bord de fuite de la nacelle du moteur GE9X présentait une rangée de motifs ondulés en dents de scie, une conception qui avait déjà suscité un large intérêt à l'époque. Les dents de scie étaient un élément visuel emblématique des Boeing 787 et 747-8, considérées comme une technologie de pointe en matière de réduction du bruit ; leur abandon sur le 777X ne résulte pas d'un compromis sur la conformité acoustique ou les normes environnementales, mais des progrès de l'aérodynamique au cours de la dernière décennie.
Les gaz d'échappement à haute température et à grande vitesse issus du cœur du turboréacteur entrent en cisaillement avec l'air ambiant plus froid et plus lent, générant des tourbillons aérodynamiques turbulents qui rayonnent des ondes sonores à basse fréquence lors des phases de décollage et de montée en approche. L'Annexe 16 de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) établit des réglementations relatives aux nuisances sonores. Les motifs ondulés en dents de scie sur le bord de fuite de la nacelle et du cône d'échappement permettent aux gaz chauds à grande vitesse de se mélanger de manière entrecroisée avec l'écoulement d'air environnant entre les dents triangulaires, décomposant les grands tourbillons turbulents en petits tourbillons contrôlables, accélérant la dissipation d'énergie et réduisant ainsi le bruit de mélange du jet à basse fréquence de 5 à 6 décibels. Le prix à payer est que les tourbillons induits consomment de l'énergie cinétique d'échappement et génèrent une traînée parasite, augmentant la consommation totale de carburant d'environ 0,5 %, ainsi que le poids structurel, la complexité de fabrication et les points de maintenance.
Les dimensions et la structure interne du moteur GE9X de General Electric sont la clé qui a permis aux ingénieurs d'abandonner les dents de scie. Le diamètre de la soufflante du GE9X est de 134 pouces (3,4 mètres), avec un taux de dilution d'environ 10:1, permettant de déplacer davantage d'air à une vitesse globale plus faible. Les recherches de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) montrent que le bruit de jet augmente de manière exponentielle avec la vitesse d'échappement ; réduire l'écart de vitesse entre les gaz d'échappement et l'atmosphère environnante permet de diminuer la production de bruit à basse fréquence à la source. Une fois le bruit d'échappement maîtrisé, le défi acoustique se déplace vers les pales de la soufflante à l'avant du moteur ; GE Aerospace a réduit les 22 pales de l'ancien GE90-115B à 16 pales à large corde en composite de fibres de carbone sur le GE9X, afin de supprimer la turbulence d'admission et le bruit de « scie électrique » en cabine.
Safran a conçu un système de traitement acoustique interne pour le 777X : le carter d'échappement utilise des composants de tuyère en alliage de titane, associés à un revêtement composite léger doublé d'une structure en nid d'abeille microperforée, absorbant les ondes sonores avant qu'elles ne sortent de la nacelle. Le carter de turbine interne du GE9X utilise des composites à matrice céramique (CMC) résistants à la chaleur, permettant au cœur du moteur de fonctionner à des températures plus élevées et avec des tolérances mécaniques plus serrées, réduisant les vibrations aérodynamiques internes et les résonances acoustiques. La combinaison d'un taux de dilution ultra-élevé et de revêtements acoustiques microperforés permet au 777X de satisfaire aux exigences strictes de certification acoustique, sans encourir d'amendes de couvre-feu ni de frais d'atterrissage élevés dans les aéroports sensibles au bruit.
Les gros-porteurs internationaux opèrent généralement de 12 à 16 heures par jour ; multiplier la perte de poussée de 0,5 % par les milliers de vols long-courriers effectués chaque année par la flotte mondiale de biréacteurs gros-porteurs représente une dépense de carburant considérable, qui s'accumule sur des décennies de vie de la cellule.
La suppression des dents de scie apporte également des économies à long terme en matière de maintenance, de réparation et de révision (MRO). Les pointes des dents de scie, situées dans le flux d'échappement à haute température et à fortes vibrations, sont sujettes aux microfissures, au délaminage des composites et à l'érosion des bords après des milliers d'heures de vol ; un bord de fuite lisse et continu simplifie les inspections de ligne avant vol quotidiennes et réduit la charge de travail de réparation des composites sur les trente années de service. Terry Beezhold, ingénieur en chef du programme 777X, a déclaré que la conception alternative « offre un niveau de contrôle du bruit équivalent pour la cabine et les communautés, mais avec un poids réduit et une traînée moindre ».
Les moteurs à dents de scie présentent également un risque de garde au sol. Le diamètre extérieur de la nacelle du GE9X atteint 184 pouces (4,7 mètres), plus large que la cabine d'un Boeing 737 ; lors d'atterrissages à forte assiette, de manœuvres de roulage à un seul moteur et de contacts au sol par vent latéral fort, les ingénieurs doivent gérer avec précision la marge physique au sol.
Les dents de scie traditionnelles reposent sur un angle d'inclinaison interne d'environ 3 à 5 degrés pour forcer le mélange des gaz d'échappement du cœur avec l'air du flux secondaire, ce qui élargit l'enveloppe du sillage d'échappement turbulent à l'arrière de la nacelle et réduit l'espace requis derrière le moteur. Le profil de tuyère arrière lisse et affleurant maintient le sillage d'échappement compact ; associé à un profil inférieur de nacelle légèrement aplati, Boeing peut maintenir une marge de garde au sol sûre sans allonger les jambes du train d'atterrissage principal.
La disparition des dents de scie sur les moteurs du 777X marque le retrait de cette conception visuelle des moteurs de gros-porteurs. Les dents de scie ont servi de technologie transitoire, aidant les moteurs à haut taux de dilution à respecter les limites de bruit des aéroports urbains avant la maturation de la dynamique des fluides computationnelle (CFD) et des matériaux acoustiques internes.
Aujourd'hui, les gros-porteurs de Boeing et d'Airbus ont tous adopté des nacelles lisses : l'Airbus A350, l'A330-900 et le Boeing 777X remplacent tous les dents de scie exposées par des structures d'absorption acoustique microperforées internes. La modélisation CFD permet aux aérodynamiciens de propulsion de cartographier avec précision les caractéristiques acoustiques des conduits internes, confinant l'énergie sonore à l'intérieur du carter de la nacelle. Pour les concepts de propulsion de nouvelle génération, y compris les architectures à soufflante non carénée et les turboréacteurs à engrenages à taux de dilution ultra-élevé, l'approche consistant à résoudre les problèmes aérodynamiques à la source du fluide, en remplacement des correctifs externes générateurs de traînée, se poursuit.
