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Colloque transports du futur et mobilité durable

Université Technologique de Belfort Montbéliard

Plateforme MOBILITECH

13 octobre 2014, Musée Peugeot

Exposé « avions du futur ; projets HKW-aero »

(Programme du colloque)

www.HKW-aero.fr

© Michel Kieffer 2006-2015 Indice H1 le 2.1.2020

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« Aujourd’hui, le temps passé à nous déplacer est très supérieur à

celui de nos ancêtres, il-y-a un siècle… »

Olivier Rey

Ceci sous entend qu’une plus grande rapidité des moyens de transport

débouche sur une augmentation des temps passés dans les

transports.

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Sommaire

1- Introduction

2- Avions de transports

3- Avions de loisir, l’avion ultraléger HKW-aero

4- Défi aérospatial étudiant

5- Conclusion

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1 Introduction 1 1 Historique de la société HKW-aero

Début du projet HKW : avril 2005 (colloque de Cachan).

Constitution de la société : mai 2011.

Forme de la société : SAS.

Statut Jeune Entreprise Innovante (JEI) obtenu en 2013.

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Le point de départ, Ewald Hunsinger, aérotechnicien reconnu,

Cofondateur de l’association INTERACTION

rejoint par Claude Walter, industriel ;

Rodolphe Hunsinger, prototypiste ;

Michel Kieffer, concepteur.

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…et par de multiples contributeurs représentés par les membres de

l’association INTERACTION, par les stagiaires et partenaires

industriels :

- Vincent souffrant (AIRBUS) ;

- UTBM : Arnaud Granmougin, Pierre Leturcq, John Maurice,

Thomas Frévillier, Guillaume Wipf, Pierre Azaïs, Paul Parmentier,

Morand Claux, Antoine Dupont, Jacques Krommenacker ;

- IUT de Cachan : Yann Ciora, Maxime Tran-Thanh, César Parent,

Alexis Greibill, Jean Roda, Loïs Billault ;

- INSA : Romain Petit ;

- LEA : Alice Kieffer.

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1 2 Activités de la société HKW-aero

Formations à l’aérotechnique et programme de recherche dans le

domaine des transports (aéronautique et automobile) : http://hkw-

aero.fr/pdf/MK_programmes_formations.pdf

Programme de recherche dans le domaine de l’automobile : http://hkw-

aero.fr/energies.html

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Organisation et animation de colloques et de conférences.

Conception et fabrication d’un avion ultraléger (UL) et de ses dérivés.

Encadrement de projets d’ingénieurs :

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1 3 Etat des lieux

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Quelle énergie contient 1 kg de carburant fossile ?

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1 kg de carburant fossile

contient autant d’énergie que

celle produite par 100 cyclistes

entraînés pendant une heure :

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1 4 Critères de qualité et limites de la physique

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1 5 Le trublion du "coefficient spirale" (ou de la "synthèse")

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2 Avions de transport 2 1 Transport aérien : prospectives linéaires pour une réalité qui ne l'est pas...

Différentes prospectives prévoient le passage de 2,5 milliards de

passagers en 2011 à 16 milliards de passagers en 2050. Soit une

augmentation dans un facteur de 6,4.

Une telle prévision est-elle compatible avec l’engagement Européen du

« facteur 4 » (diviser par 4 les consommations d’énergies fossiles à

l’horizon 2050) ?

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…ces prospectives et ces objectifs sont très contradictoires :

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2 2 Une autre vision des avions de transport régional, étude conjointe Alain Marianne DASSAULT SYSTEMES et HKW-AERO

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2 2 Qu'en est-il des avions de transport moyens et longs courriers ?

Nos récentes modélisations permettent de réaliser des pré

dimensionnements d’avions intégrant la variation de masse de

carburant au fil du vol.

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Ces modélisations sont validées par comparaison avec la formule de

Breguet-Leduc et par dimensionnement d’avions existants dont les

caractéristiques réelles sont connues. Nous en concluons :

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Mais surtout, ces modélisations ouvrent la porte à de multiples

prospectives…

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Par exemple quel est l’impact de l’autonomie, pour laquelle est conçu

l’avion, sur la consommation au cent par siège ?

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Commençons par un cahier des charge :

- nombre de sièges (donc masse utile, surface occupée…) ;

- distance franchissable ;

- vitesse de croisière…

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…le modèle de pré dimensionnement proposé permet de déterminer la

puissance des moteurs, la masse de carburant embarqué, la masse à

vide, la masse maxi, la surface alaire etc.

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Pour un avion de transport moyen courrier type (proche de l’A319),

nous avons :

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Que donnerait le même fuselage et la même charge utile mais en

augmentant l’autonomie de 50 % ? L’avion serait très différent :

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Ainsi, nous pouvons représenter la consommation au cent par siège en

fonction de l’autonomie…

Cette courbe est uniquement valable avec les

caractéristiques de notre avion moyen

courrier type (Cz max, vitesse mini etc.)

Il ne s’agit pas de

faire voler l’avion

existant moins loin

mais de le

dimensionner pour

une autonomie

différentes.

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Ceci traduit le coût

énergétique

considérable pour

transporter la masse

de carburant

nécessaire pour

aller loin.

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De même, nous pouvons dimensionner notre avion moyen courrier

type en fonction de sa vitesse de croisière (sur la base du cahier des

charges initial hors vitesse) :

Il ne s’agit pas de

faire voler l’avion

existant moins vite

mais de le

dimensionner pour une

vitesse différente.

Cette courbe est uniquement valable avec les

caractéristiques de notre avion moyen

courrier type (Cz max, vitesse mini etc.)

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Retenons que pour notre avion moyen courrier type :

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Ceci laisse préfigurer le design des avions du futur, design influencé

par la réduction des autonomies et des vitesses.

Mais alors, quelle est la raison majeure expliquant le relatif succès des

avions très longs courriers ? Hypothèse : il semble très intéressant de

baser des avions et de faire le plein de carburant à l’endroit où il coûte

le moins cher :

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Ces sujets sont plus largement développés dans le document

http://hkw-aero.fr/pdf/Michel_Kieffer_ENSAM2019_avions.pdf

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2 4 Autres voies pour réduire les consommations ?

L’avion solaire

ouvre-t-il une

porte pour le

futur ?

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Qu’en est-il des agros carburants ?

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3 Avions de loisir, l’avion ultraléger HKW-aero

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3 1 Pourquoi un avion en aluminium ?

- processus industriel ;

- constance dans la qualité ;

- faible coût ;

- facilité de transformation et d’assemblage ;

- directive Européenne sur le recyclage…

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3 2 Un peu d’histoire, le rivetage…

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3 3 Tests et essais

Un objectif : la réglementation ULM impose de suivre l’essentiel de la

CS 23 niveau 1 (anciennement CS VLA). Ceci concerne les appareils

industriels dont la charge alaire est supérieure à 30 kg/m².

Ces réglementations imposent notamment des cas de charges et des

essais biens précis.

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Par exemple, l’essais final « avion complet » clôt les essais au sol :

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Essais liés à l’aérodynamique de la machine :

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Détermination des

polaires avec différents

angles de volets :

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3 4 Origine du design HKW

Le design de l’appareil HKW-aero est atypique : petite motorisation

donc capot court, avant léger donc aile très avancée et implantée à

mis hauteur dans le fuselage…

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3 5 Réduire les coûts

Produire en France tout en étant compétitif

nécessite de simplifier les solutions à

l’extrême… ce qui s’avère long et difficile.

Ainsi, les solutions techniques imaginées pour

l’appareil HKW sont particulièrement simples

(plusieurs brevets déposés). Ceci permet aussi

d’une part de réduire sensiblement les coûts de

maintenance, d’autres part d’atteindre une

fiabilité élevée pour une coût minium (ce qui n’existe pas ne tombe pas

en panne…).

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3 6 Précisions sur l’avion ULM HKW-aero…

La démarche a consisté à travailler sur les trois critères de qualité afin

de réduire la puissance nécessaire au vol.

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Les masses ci-après sont données avec une cellule conforme aux exigences de la

CS VLA , notamment :

- la cellule résiste aux essais statiques sous 6 g sans déformations permanentes ;

- le train principal résiste aux contraintes du « drop test ;

- …

Voir plus particulièrement : http://www.hkw-aero.fr/pdf/HKW-

aero_calculs_essais_et_reglementation.pdf . Plusieurs machines ont été détruites

au sol avant d’arriver à ce résultat.

Une option cellule allégée sera ultérieurement proposée. Cette option aura un impact

sensible sur les coûts. Voir le document critères de qualité et plus particulièrement

la notion de taux d’échange abordée.

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99% des pièces sont

communes avec la version

ULM de base.

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3 8 Autres aéronefs possibles…

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Autre projet possible : industrialisation de l’Agrion

(ULM développé par Thierry Pujolle)

Avion biplace le plus léger jamais construit :

Masse à vide = 70 kg !

Processus industriels

issus de l’ULM HKW.

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4 Vol suborbital, « Défi Aérospatial Etudiants »

Concours inter-écoles Européennes

proposé par les majors de

l’aérospatiale Français et Européens.

Définition du vol suborbital : dépasser

une altitude de 100 km pendant

quelques instants. Un tel vol est donc

par nature de très courte durée.

A noter qu’une mise en orbite nécessiterai une dépense d’énergie 30

fois supérieure à un vol suborbital, ce dernier ne nécessite donc pas

de protections thermiques élaborées.

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L’UTBM et HKW concourent depuis 2012 sur les thèmes « porteur du

véhicule spatial habité (VSH) » et « VSH autonome ». Prix des

Partenaires en 2013, prix Airbus en 2014 :

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“The suborbital Day Special Prize” en 2017 :

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5 Conclusion

Par sa consommation réduite, son faible coût et sa grande facilité de

maintenance, l’avion UL HKW-aero est différent des machines

actuellement proposées.

Merci pour votre attention