Présentation du Cessna Citation X et du simulateur de vol 

Le jet d’affaire Citation X, aussi appelé par son nom de code OACI « C750 », est l’un des plus rapides du marché de l’aviation avec des vitesses pouvant atteindre le nombre de Mach 0.935. L’avion est propulsé par deux turboréacteurs AE 3007C-1 situé en arrière du fuselage. Au niveau de ses capacités d’emport, il peut transporter 9 passagers, 2 pilotes et 12,930 livres de carburant, le tout ne devant pas excéder le poids maximal de 35,700 livres au décollage. En général, le Citation X est utilisé pour des voyages d’affaires transcontinentaux d’une durée moyenne de 3 à 4 heures, cependant, il est aussi capable d’effectuer des vols plus long comme par exemple depuis Boston jusqu’à San Francisco, avec une durée d’opération pouvant aller jusqu’à 6 heures.

Le Cessna Citation X a été sélectionné pour expérimenter cette étude de « morphing-wing ». La principale raison s’appuie sur le fait que nous avions besoin d’un avion qui possède un grand rayon d’action, capable de voler à des vitesses dont le nombre de Mach peut atteindre 0.85, et à haute altitude, de manière à représenter le marché des avions dédiés aux vols commerciaux. Par ailleurs, le choix de l’avion a aussi été effectué par le fait que le laboratoire LARCASE dispose d’un simulateur de vol de cet avion capable de délivrer un grand nombre de données de vol pour effectuer l’étude.

Le simulateur du Cessna Citation X disponible au LARCASE  , est conçu et fabriqué par l’entreprise CAE, connue dans l’aviation pour son expertise de modélisation, de simulation et de formation à travers le monde. Ce simulateur est certifié d’un niveau D par la  « Federal Aviation Administration » (FAA). Le niveau D étant le plus haut degré de certification que puisse obtenir un simulateur de vol, celui-ci indique que cet instrument permet de simuler avec moins de 5% d’erreur le comportement de l’avion réel.

Bien que strictement confidentielles par les motoristes et avionneurs, les données aérodynamiques du Cessna Citation X, et les données de performance du AE3007C1 équipant l’avion, sont à notre disposition grâce à un partenariat établit entre la LARCASE, l’entreprise CAE et le constructeur Cessna. Les données aérodynamiques sont fournies sous forme de tables dissociant les contributions aérodynamiques de l’empennage horizontal de celles du reste de l’avion.

Modèle de performance de référence du Cessna Citation X 

En aéronautique, le terme « performance » désigne des généralités liées à la capacité d’un avion à effectuer une manœuvre. Dans ce mémoire, nous désignons comme « modèle de performance » ou « modèle mathématique », un outil capable de prédire, moyennant des données d’entrée, une ou plusieurs grandeurs qualifiant le comportement de l’avion en vol (débit de carburant, poussée, etc.). Pour concevoir un tel modèle, il est préalablement requis de calculer les forces qui s’appliquent sur l’avion durant le vol.

Outils de modélisation aérodynamique 

Le modèle de performance est capable de prédire les performances de l’avion à partir des tables aérodynamiques et des tables moteurs délivrés par le simulateur CAE. Dans le cadre de notre étude de morphing-wing, nous considérerons les moteurs originaux, donc nous pourrons utiliser les mêmes tables de moteurs. Cependant, la forme de l’aile et de l’empennage vont être soumises à une déformation, de ce fait, les propriétés aérodynamiques de ses surfaces portantes seront différentes qu’originalement. En conséquence, les tables aérodynamiques devront être modifiées de manière à prendre en compte les nouveaux coefficients aérodynamiques de l’aile et de l’empennage.

Afin de calculer les coefficients aérodynamiques des nouvelles surfaces portantes, il a été choisi de développer des modèles aérodynamiques, qui, à partir d’une géométrie seront capables de délivrer les coefficients aérodynamiques correspondants.

Logiciel OpenVSP 

Le logiciel « Open Vehicle Sketch Pad » (OpenVSP) est un outil qui permet de calculer les performances aérodynamiques d’un aéronef. Ce programme fut développé dans les années 1990 par la « National Aeronautics and Space Administration » (NASA). Disposant d’une interface visuelle, OpenVSP permet de dessiner rapidement diverses géométries comme une aile, un fuselage, des hélices, des cylindres (pour modéliser les moteurs), etc. Ces géométries peuvent être sélectionnées par défaut, et ensuite, chacune d’elle peut être modifiée à notre convenance.

Procédure Digital Datcom 

Les méthodes Datcom sont contenues dans un document s’intitulant « USAF (United States Air Force) Stability and Control Data Compendium » de l’armée de l’air américaine. Ce document a pour but de répertorier toutes les méthodes d’estimation de la stabilité de l’avion et de ses dérivées de contrôle. Le terme Digital Datcom désigne la version numérique de ces méthodes, ce qui simplifie leur utilisation.