Les conditions de vol des UAV Hale les placent dans un créneau encore peu étudié du diagramme nombre de Reynolds en fonction du nombre de Mach. Si leur nombre de Mach de croisière est voisin de celui des avions turbo-propulsés ou des avions de transport civil, leur nombre de Reynolds lié à la faible densité de l'air à haute altitude, est comparable à celui des planeurs (figure 4). Ces conditions aérodynamiques particulières rendent difficile l'évaluation de la traînée qui est essentielle pour la détermination des performances globales du véhicule Hale.
Figure 4 : conditions du vol de croisière.
Pour Halerte, des outils spécifiques basés sur une étude phénoménologique de la traînée (traînée visqueuse, traînée induite, traînée de choc) ont été mis en place. Le module aérodynamique crée permet d'évaluer les différents termes de traînée relatifs à chacune des parties constituant un véhicule Hale de type classique. Le module réalise dans un premier temps l'équilibrage longitudinal du véhicule puis effectue le calcul des différents termes de traînée.
Pour les surfaces portantes (voilure, empennage), la traînée visqueuse et la traînée de choc sont évaluées à partir d'une base de données générée avec des calculs bidimensionnels pour des nombres de Reynolds variant de 0,4x106 à 15x106. Cette base de données permet aussi de tenir compte du type d'écoulement (laminaire ou turbulent), de l'épaisseur relative du profil de voilure, et d'un braquage de volet qui permet d'adapter le profil à des niveaux de portance plus élevés. La traînée induite est calculée avec la théorie de la ligne portante de Prandtl.
Les formules classiques d'évaluation de la traînée des fuselages d'avions étant difficilement transposables aux formes de fuselage des véhicules Hale plus ou moins déformés par l'emport de charges utiles et aux conditions de vol à hautes altitudes, on a choisi d'évaluer la traînée du fuselage à partir d'une base de données expérimentales. Les éléments de cette base de données ont été crées à partir des essais réalisés en 2000 et 2001 à la soufflerie L1 de Lille, sur une maquette de fuselage basée sur celui du " Global Hawk " de 1,5 m de longueur. Cette maquette conçue sous forme modulaire avec des éléments interchangeables a permis des mesures de traînée pour différentes configurations (antennes, empennages, nacelle moteur).
Le module aérodynamique permet donc d'obtenir la traînée aérodynamique d'un système UAV Hale complet (figure 5).
Figure 5 : module aérodynamique de l'outil Halerte
En prenant pour cas test un système UAV Hale classique de la classe des 12 t, le module permet, par exemple, d'évaluer l'influence du nombre de Mach de croisière sur le coefficient de traînée. Les courbes montrent une légère diminution de la traînée entre les nombres de Mach de croisière de 0,4 et 0,55, due à l'augmentation du nombre de Reynolds et la nette augmentation de la traînée au nombre de Mach de 0,65 pour lequel des chocs sont présents sur la voilure. De même, l'augmentation de l'altitude de croisière au-delà de 20 kilomètres entraîne une diminution significative du nombre de Reynolds ce qui accroît fortement la traînée (figure 6).
Figure 6 : exemple de l'influence du nombre de Mach de croisière et de l'altitude de croisière sur la traînée d'un Hale d'environ 12 t
Le module a permis aussi de mettre en évidence l'importance d'une perte de laminarité pour ce type de véhicule (figure 7). La laminarité, dans le contexte Hale, peut être remise en cause non seulement par l'état de surface de la voilure mais aussi par les flux thermiques à la paroi (flux provoqués par exemple par une température élevée du carburant dans le caisson voilure). Des études spécifiques ont été menées avec Airbus France pour quantifier l'influence de ces deux paramètres sur les positions de transition de la couche limite.
Figure 7 : exemple de l'influence de l'état de la couche limite sur la traînée d'un Hale d'environ 12 t dans les conditions de croisière
Le module de performances aérodynamiques a été intégré dans l'environnement " Model Center " choisi par le département DCPS pour gérer les différents outils Halerte. L'intégration du module aérodynamique adapté aux conditions du vol Hale permet de tenir compte dans le processus global d'évaluation des performances, des spécificités déterminantes des véhicules Hale.
