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Dans le cadre du projet Sustainable Flight Demonstrator qui vise au développement d’une nouvelle génération potentielle d'avions monocouloirs plus durables, la NASA, Boeing et avec l’aide de l’US Air Force travaillent sur l’avion de démonstration X-66A.
Les démonstrateurs « X »
L’histoire de la NASA avec le terme de “X-plane” remonte aux années 1940, lorsque son agence antérieure, la National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) a créé conjointement un programme d’avions expérimentaux avec l’Air Force et l’US Navy. La désignation « X » est réservée aux avions de recherche. L’US Air Force accorde le statut d'avion X aux programmes de développement qui visent à créer des configurations d'avions expérimentaux révolutionnaires.
À quelques exceptions près, les avions X sont destinés à tester des conceptions et des technologies qui peuvent être adoptées dans d'autres modèles d'aéronefs, et non à servir de prototypes pour une production à grande échelle.
Le X-66A est le dernier d’une longue série d’X-avions de la NASA. Le Centre de recherche sur le vol Armstrong de la NASA à Edwards, en Californie, a aussi fourni une expertise technique et un soutien pour plusieurs autres X-avions.
L’objectif
Le projet Sustainable Flight Demonstrator de la NASA avec l’avion X66A cherche à élargir les domaines des nouvelles générations potentielles d'avions monocouloirs plus durables. Ce projet doit répondre aux demandes des compagnies aériennes de passagers dans le monde entier. En collaboration avec la NASA, Boeing construira, testera et fera voler le X66A de démonstration grandeur nature.
Le X-66A est le premier avion X spécifiquement conçu pour aider les États-Unis à atteindre l'objectif de zéro émission nette de gaz à effet de serre dans le secteur de l'aviation, qui a été défini dans le plan d'action de la Maison Blanche pour l'aviation et la transition climatique.
En raison de leur usage intensif, les avions monocouloirs représentent aujourd’hui près de la moitié des émissions mondiales de l’aviation. La création de conceptions et de technologies pour une version plus durable de ce type d’avion pourrait avoir un impact considérable sur les émissions.
Le concept
Le X-66A est doté de l’aile transsonique à treillis extra-longues et fines stabilisées par des entretoises diagonales, connu sous le nom de concept Transonic Truss-Braced Wing (TTBW). L’efficacité de celle-ci sera associée à d'autres avancées dans les systèmes de propulsion et des matériaux et une architecture de systèmes, qui pourraient permettre de réduire de 30 % la consommation de carburant et les émissions par rapport aux avions les plus performants de leur catégorie.
Pour construire le X-66A, Boeing travaillera avec la NASA pour modifier un MD-90, en raccourcissant le fuselage et en remplaçant les ailes et les moteurs. L’avion de démonstration qui en résultera sera doté d’ailes longues et fines, de moteurs montés en dessous et d’un ensemble de poutrelles aérodynamiques pour le soutien
“Pour atteindre notre objectif de neutralité carbone dans l’aviation d’ici 2050, nous avons besoin de concepts d’avions révolutionnaires comme ceux que nous testons sur le X-66A,” a déclaré Bob Pearce, administrateur associé pour la direction des missions de recherche aéronautique de la NASA, lors du forum de l’aviation de l’Institut américain d’aéronautique et d’astronautique à San Diego.
Selon Boeing, le concept du X-66A doit permettre d’obtenir une efficacité aérodynamique sans précédent tout en volant à Mach 0,80. À l'origine, le TTBW a été conçu pour voler à des vitesses de Mach 0,70 à 0,75. Pour augmenter la vitesse de croisière de l'avion, le nouveau concept dispose désormais d'un treillis optimisé et d'un balayage d'aile modifié.
La poutre est capable de transporter la portance plus efficacement, ce que les ingénieurs attribuent aux ajustements apportés à l'angle de balayage de l'aile à la suite de tests approfondis en soufflerie au centre de recherche Ames de la NASA. Le résultat final est une conception plus intégrée qui améliore considérablement les performances de l’aéronef.
De bout en bout, les ailes repliables mesurent 170 pieds, une envergure élevée rendue possible par la présence d'une ferme, qui supporte la longueur étendue de l'aile ultra-mince.
Question motorisation, la NASA veut utiliser le concept d'avion de ligne commercial hybride-électrique, qui a joué un rôle majeur dans l'électrification de l'intérêt actuel pour les petits et grands avions électriques dans les entreprises, les laboratoires gouvernementaux et les universités du monde entier. Tout comme une voiture hybride, il peut réduire la consommation de carburant et remplacer l'énergie électrique, qui, si elle provient d'une source de réseau renouvelable (éolienne, solaire, etc.), peut réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre du cycle de vie d'un avion de ligne conventionnel. Boeing a obtenu un nouveau contrat pour poursuivre l'étude du concept électrique hybride de la NASA appelé STARC-ABL ou avion turboélectrique monocouloir avec un propulseur à couche limite arrière. Le système utilise du gaz naturel liquéfié, des piles à combustible, des moteurs électriques refroidis par cryogénie, un stockage d'énergie de batterie avancé et une propulsion par ingestion de la couche limite du fuselage arrière pour des avantages potentiels.
Financement du Sustainable Flight Demonstrator
Pour le Sustainable Flight Demonstrator, la NASA a conclu un accord Space Act Funded (Financement de la loi sur l’espace) avec Boeing, dans le cadre duquel l’agence spatiale investira 425 millions de dollars sur sept ans, tandis que l’entreprise et ses partenaires contribueront au reste du financement, estimé à environ 725 millions de dollars. La NASA apportera également son expertise technique et ses installations.
Le projet Sustainable Flight Demonstrator est une activité du programme Integrated Aviation Systems de la NASA et un élément clé du partenariat national Sustainable Flight de l’agence, qui se concentre sur le développement de nouvelles technologies d’aviation durables.
Photos : Le projet X-66A @ Boeing