Le projet AVIOn Cargo

Avion Cargo ÉNA (ACÉNA) est un projet de nature scientifique lié au domaine de l’aéromodélisme et de l’aéronautique.

Chaque année, l’équipe ACÉNA participe à la compétition internationale SAE Aero Design aux États-Unis. À cet effet, l’équipe doit concevoir et construire un aéronef d’environ 9 pieds d’envergure pouvant soulever la plus haute charge possible en vol, tout en se conformant aux règlements de la Society Automotive of Engineers (SAE). 

L'engagement des membres de l'équipe ACÉNA dans ce défi permet de développer de façon accélérée et autonome des compétences de tous genres, d’échanger leur savoir avec celui des autres participants ainsi que de s’intégrer et grandir dans le monde de l’aéronautique.
L'avion 2016-2017
Cette année, la SAE a établi de nouveaux réglements pour la conception de l'avion. L'équipe Avion Cargo se penche donc sur la conception d'un nouvel aéronef. 
L'avion 2015-2016

L'équipe ACÉNA est inscrite dans la catégorie Regular class de la compétition SAE Aero Design West qui aura lieu du 22 au 24 avril 2016, à Van Nuys, en Californie. 

Le prototype 2016

L’équipe ACÉNA a choisi d’optimiser le modèle réduit qui a été utilisé lors de la compétition SAE International, en Floride, en 2015. Pour ce faire, l’équipe procède depuis août 2015 à différents tests.

 

1- Tests en vols avec le modèle de compétition 2015

Cette étape permet de définir le point départ de la phase d’optimisation. Il sera alors possible de fixer les objectifs suivants :

  • Déterminer la performance de l’aile selon la charge maximale que l’avion peut soulever, en validant les calculs et en créant des simulations aérodynamiques virtuelles.
  • Définir un procédé de balancement de l'aéronef.  
  • Déterminer le centre de gravité adéquat pour ce type d’avion, en valiodant les calculs théoriques de centre de gravité
  • Optimiser la position du train d’atterrissage principal selon la configuration actuelle.
  • Étudier les effets de la déflexion vers le bas sur les performances de l'avion.

 

2- Effectuer des analyses de dynamique des fluides numérique (CFD) et en soufflerie en lien avec les objectifs fixés

 

3- Réaliser des analyses de résistance de matériaux qui seront validées lors de tests pratiques (traction, torsion et flexion).

 

4- Concevoir un prototype multifonctionnel afin d'effectuer des tests en vol de façon à valider les valeurs obtenues théoriquement.

 

5- Rédiger une documentation afin de conserver et transmettre facilement les expériences et le savoir-faire.

 

L'avion 2014-2015
 

Les avancées du prototype 2015

En 2014-2015, l'équipe ACÉNA a intégré la recherche et le développement à son projet. Cela a permis d'utiliser de façon optimale le temps mis à sa disposition pour développer un modèle réduit compétitif.

 

Élaboration d’une nouvelle façon de programmer le mouvement des ailerons afin d’empêcher le décrochage de l’avion lors des virages

En effectuant un test en vol avec l’avion de compétition 2013-2014 ainsi que des tests en soufflerie, nous avons été en mesure de découvrir les effets indésirables des ailerons braqués vers le bas. À la suite de l'analyse, il s'avère qu'un aileron braqué vers le bas sur notre type d’aéronef perturbe l’écoulement de l’air et entraine le décrochage de l’aile.

 

Expérimentation de nouveaux procédés de fabrication
  • L’utilisation de la mousse d’isolation bleue pour remplacer la structure en balsa.
  • La découpe de nervure structurale en sandwich aluminium-balsa sur une routeuse.
  • L’usinage du train d’atterrissage sur tour conventionnel et machine à commande numérique.
  • L’utilisation d’une extrusion en U et d’une extrusion carrée comme fuselage.
Test de la résistance de différents types de matériaux afin d’optimiser le poids de l’avion

Étude de résistances de différentes configurations en sandwich sur des machines de traction, de flexion et de torsion.

 

Définition de la performance du moteur électrique par des tests en soufflerie

En étant limité à une puissance de 1000 watts, il était important de définir la poussée maximale en testant plusieurs types d’hélices dans un environnement semblable aux vraies conditions de vol du type d’avion.

 

Définition des différentes caractéristiques du profil aérodynamique utilisé par CFD

À la suite d’analyses virtuelles et connaissant la distance maximale de décollage de 200 pieds, il était possible de déterminer la charge maximale que pouvait soulever l'avion.

 

Optimisation des dimensions de l’avion pour maximiser la surface portante en réduisant la longueur du bras de levier de l’empennage

En étant limité à une somme des dimensions (envergure, longueur, hauteur) de 175 pouces et ayant comme but d’avoir une portance élevée, il semblait pertinent de réduire au maximum la longueur de l’avion pour obtenir une envergure maximale.

 

Conception d’un premier prototype
  • Valider la position du centre de gravité pour une aile trapézoïdale fine.
  • Valider la stabilité de l’avion selon les différentes positions de l’empennage basées sur les valeurs théoriques trouvées.  
  • Valider les performances d’une aile trapézoïdale fine.
  • Comparer et valider la résistance d’un fuselage fait à partir d’une extrusion en U par opposé à une extrusion carrée.
  • Tester de nouveaux procédés de fabrication de l’empennage et de l’aile.
Conception d’un deuxième prototype
  • Comparer les performances d’une aile trapézoïdale-rectangle avec celle d’une aile trapézoïdale fine.
  • Valider la position du centre de gravité pour une aile trapézoïdale-rectangle.
  • Valider la stabilité de l’avion selon les différentes positions de l’empennage basées sur les valeurs théoriques trouvées.  
  • Définir la vitesse réelle et l’altitude que ce type d’avion peut atteindre.
  • Comparer avec le balsa les caractéristiques de certains matériaux comme la mousse d'isolement bleue.
  • Tester des nouveaux procédés de fabrication de l’empennage et de l’aile.

 

 

La compétition SAE Aero Design East
ACÉNA sera de la compétition SAE Aero Design Eastdu 21 au 23 avril 2017, à Lakeland, en Floride, dans la catégorie Regular class

 

Pour la compétition, les étudiants doivent concevoir et construire un prototype d'avion radiocommandé, basé sur les règlements de la SAE International, consistant à soulever la plus lourde charge possible tout en se conformant aux exigences de la SAE : limitation sur les dimensions de l'appareil, moteur utilisé, disposition du poids, rapport de conception et de design.

 

Ainsi, quatre juges ingénieurs évaluent le prototype selon les critères suivants :

  • Rapport technique (écrit) : le processus de conception, le design du prototype, les calculs, les innovations et l'écriture. 
  • Présentation orale : contenu technique, qualité de la présentation, le processus de conception et les essais en vol.
  • Les vols : prévision de la charge soulevée, le poids de l'aéronef, les pénalités s'il y en a. 

La principale exigence est que le moteur doit fonctionner à l'électricité et non à l'essence. 

 

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