COMMISSION STRUCTURE
Feuille de Route
Président : Jean-Pierre Grisval, Onera
Le domaine des structures s’adresse à l’ensemble des plateformes aéronautiques et spatiales, civiles et militaires. La commission structure de la 3AF rassemble donc des experts structure de l’ensemble de l’activité aéronautique et spatiale française.
Améliorer les performances, réduire les coûts de développement, de production et de maintenance tout en garantissant la fiabilité et la sécurité, représentent des défis quotidiens que relèvent les spécialistes des structures en concevant et optimisant les structures dans leur environnement.
Dans ce contexte, l’activité de la commission Structure a pour but de :
- Promouvoir et favoriser les échanges entre la recherche, l’enseignement et l’industrie dans le domaine des structures aéronautiques et spatiales et de l’ingénierie qui s’y rattache afin de les faire progresser en terme de performance, compétitivité, fiabilité et sécurité.
- Etablir et assurer une diffusion de l'information sur l'état de l'art dans son domaine de compétences et identifier les technologies et disciplines clefs du domaine concerné.
- Favoriser la prise de connaissance de développements techniques extérieurs au monde aérospatial et pouvant être source d'intérêt dans son domaine de compétences.
- Etablir les recommandations sur les priorités de la recherche, du développement industriel incluant les processus, méthodes et outils industriels, ainsi que des évolutions réglementaires.
- Assurer la liaison avec les autres Commissions techniques de la 3AF ainsi qu’avec les Comités internationaux et prioritairement avec le CEAS.
Une des spécificités majeures des structures aéronautiques et spatiales réside dans la conception, l’optimisation et la réalisation de structures légères soumises à des contraintes spécifiques d’origine mécanique, aérodynamique, acoustique, thermique voire électromagnétique. Toutes les finalités civiles, militaires ou duales du domaine aéronautique et spatial sont concernées par le périmètre d’activités de la commission : avions, hélicoptères, drones, missiles, lanceurs, satellites.
La réduction de la masse des aéronefs est un défi quotidien pour l’amélioration de l’efficacité énergétique des systèmes de transport aérien. Cette réduction de masse, conjuguée à l’amélioration des performances aérodynamiques, à l'optimisation des systèmes propulsifs et des trajectoires concourent à la réduction de la consommation de carburant, donc à celle des émissions produites par ses moteurs et contribuent indirectement à la préservation de l’environnement sonore au voisinage des aéroports.
Parallèlement à la réduction de la masse, les besoins concernent des améliorations au niveau de la sécurité et de la réduction des coûts. En particulier, la réduction des coûts de fabrication des composites est de première importance pour les futurs avions commerciaux à fuselage composite. Dans le cadre d’objectifs d’amélioration de la compétitivité, les coûts liés à la conception, la fabrication et la maintenance pourraient être réduits par l'introduction de nouvelles méthodes de conception (tolérance et résistance aux dommages), de nouvelles méthodes de certification s’appuyant sur de plus en plus d’essais virtuels, de nouvelles techniques de fabrication (introduction de matériaux et procédés à ‘faible coût’) et de nouvelles méthodes de gestion des dommages en service (contrôle santé, réparation). D'autre part, l'amélioration de la sécurité pourrait être atteinte en améliorant les capacités de simulation à la fois dans le traitement et l'analyse des performances. Concernant les systèmes propulsifs, il semble y avoir un grand intérêt d'introduire des matériaux composites et des structures hybrides. L'objectif est bien sûr de réduire le poids total du moteur avec des exigences de performance, de fiabilité et de durée de vie augmentées.
En terme de domaine scientifique et technique, les principales activités concernent les structures métalliques et composites, notamment :
- l’utilisation des matériaux structuraux,
- le dimensionnement, la conception et le développement des structures,
- le calcul des charges,
- le comportement des structures dans leur environnement (aéroélasticité, hydroélasticité, vibroacoustique, thermo-mécanique et aéro-thermo-mécanique),
- l’optimisation des structures dans leur environnement,
- le contrôle santé des structures,
- les essais structuraux,
- les processus de conception et de développement, les méthodes et les outils,
- les outils d’ingénierie,
- les évolutions réglementaires.
Les processus de développement sont de plus en plus complexes et les cycles de développement sont de plus en plus rapides. Les structures aéronautiques et spatiales se trouvent confrontées à une utilisation de nouveaux matériaux à hautes performances dans un contexte de réduction drastique des coûts et des cycles de développement et de certification. Le recours à de plus en plus de simulation à tous les stades depuis la conception jusqu’à qualification est une réalité. L’optimisation de plus en plus poussée des structures nécessite de prendre en compte très en amont l’aspect multidisciplinaire. Un véritable défi repose sur l’apport de la simulation numérique pour sécuriser tous les processus de développement et prenant en compte les paramètres incertains. Cet apport sera le plus souvent réalisé dans un contexte de développement itératif en entreprise étendue associant essais virtuels et essais physiques.
Pour l’aéronautique, les besoins actuels et futurs s’inscrivent dans le cadre de la réponse à certains des 5 challenges majeurs du SRA (Strategic Research Agenda) de l’ACARE, à savoir :
- préserver la qualité et réduire les coûts de développement des technologies (Quality and Affordability),
- résoudre les problèmes de confort et d’environnement (Environment),
- augmenter la sécurité des vols (Safety).
Indépendamment de la satisfaction des nouvelles contraintes environnementales, il faut également se préoccuper des difficultés liées à l’approvisionnement en nouveaux matériaux et donc de son impact sur le coût. A ce jour, il y a peu de fournisseurs de matériaux composites alors que le choix est plus important pour l’aluminium. Les enjeux concernent à court terme l’A350 et le fuselage composite, à moyen terme le successeur de l’A320 et les nouvelles configurations.
Pour l’espace, on retrouve un certain nombre d’enjeux communs avec l’aéronautique comme la réduction des coûts et l’amélioration de la fiabilité, mais un enjeu majeur concerne le problème de l’approvisionnement en matériaux et de sa pérennité.
Le véritable enjeu est celui du maintien et du développement de notre activité et de notre position d’excellence dans le domaine des structures aéronautiques et spatiales face à la concurrence de pays comme les Etats-Unis, le Canada, la Russie ou le Japon, mais également face à celle de ‘pays émergents’ comme la Chine, l’Inde et le Brésil.
Les principales activités de la commission technique reposent sur le développement des échanges entre chercheurs et ingénieurs dans le domaine des structures.
Pour cela, la commission programme des séminaires, colloques et des groupes de travail thématiques et élabore la dissémination de l'activité de la commission à travers la publication d'articles dans la lettre de la 3AF, de revues spécialisées ou de revues grand public.
Les séminaires ciblés, de haut niveau scientifique sont l'occasion de faire le point sur les travaux les plus récents au niveau de la recherche et sur les besoins des industriels. Ces journées sont aussi l'occasion de faire le point entre le domaine aéronautique et spatial et d'autres domaines comme le transport (terrestre et maritime), l'énergie (nucléaire, hydraulique ou éolienne), etc. En 2007, les thématiques ont concerné la dynamique rapide et les essais virtuels de structures. En 2008, deux journées thématiques ont été organisées. La première en collaboration avec la Commission matériaux de la 3AF dédiée à l’introduction de nouveaux matériaux structuraux s’est déroulée à l’Onera Châtillon. La seconde, dédiée à la tolérance aux dommages sur les structures composites (impacts faible énergie) s’est tenue au Cnes Toulouse.
Afin d’organiser ces séminaires, la commission structures se réunit régulièrement (1 à 2 réunions par trimestre). Généralement, ces réunions se font sous forme de visioconférences entre la région toulousaine (site Airbus ou Cnes), la région parisienne (site Onera) et la région Cote d’Azur (site Thalès Alenia Space). Ces réunions ont pour objet de définir le programme d’activité de la commission et les thématiques des journées scientifiques. Le choix des thématiques est défini par le vote des membres. La commission organise les programmes de ces séminaires (sélection des intervenants et des sujets) et dissémine l’information.
Annexe : Liste
des membres de la Commission Structure
Jean-Pierre Grisval (ONERA), Président
Marc Humbert (Airbus France)
Dominique Barthe (Airbus
France)
Jocelyn Gaudin (Airbus
France)
Roger Ohayon (CNAM)
Jean-Noël Bricout (CNES, Centre Spatial de Toulouse)
Stéphane Mary (CNES, Centre Spatial de Toulouse)
Vincent Taponier (CNES, Direction des lanceurs)
Guy Turzo (CNES, Centre Spatial de Toulouse)
Philippe Chapuis (Consultant)
Christian Cornuault (Dassault Aviation)
Jean-Pierre Grellier (DGA) (Membre invité).
Jean-François Imbert (EADS)
Bernard Gergonne (EADS – Astrium
Satellites)
Patrice Blanchard (EADS - Astrium Space Transportation)
Pierre Ladevèze (ENS/LMT Cachan)
Yves Gourinat (ISAE)
Pierre Woerner (Messier-Dowty)
Jean-Louis Chaboche (ONERA)
Eric Deletombe (ONERA)
Jean-François Maire (ONERA)
Nicolas Piet-Lahanier (ONERA)
Jean-Pierre Lombard (Snecma moteurs groupe SAFRAN)
Jérôme Buffe (Thales Alenia Space).