Directions de programme

Avions de transport civil

La direction de programme Avions de transport civil coordonne les activités scientifiques sur les thématiques essentielles pour le positionnement futur de l'ONERA sur la scène aéronautique nationale et européenne en vue du développement des prochains avions régionaux, avions court, moyen et long-courrier ainsi que les avions d’affaires.

Avec un objectif clair de réduction de la consommation énergétique, les activités visent principalement des développements technologiques dans les 3 domaines associés aux performances avion :

Amélioration de la finesse aérodynamique
Réduction de la masse
Optimisation de l’intégration de nouveaux systèmes propulsifs (voir direction de programme Propulsion et Environnement).

À ces activités s’ajoutent des travaux en acoustique interne et externe qui assurent des opérations aériennes avec des nuisances sonores limitées. Des études au niveau avion complet viennent compléter l’ensemble des travaux pour évaluer au mieux les avantages et inconvénients de nouvelles briques technologiques et/ou architecture avion innovante.

À l’ONERA, les équipes travaillent à la fois sur une amélioration des performances avion via une évolution incrémentale ou bien via des intégrations motrices disruptives et des configurations avions non-conventionnelles.

Le concept Gullhyver présenté au Salon du Bourget en 2023 illustre une évolution extrême de la configuration classique de l’avion de transport caractérisée par une voilure haubanée à très fort allongement et des moteurs de type Open Fan.

Ces dernières années, à travers différents projets nationaux et européens, l’ONERA a augmenté le niveau de maturité technologiques des ailes à fort allongement en travaillant sur les aspects de dynamique des structures et de contrôle des charges ainsi que sur des moyens de mesure de rafale. Un projet spécifique avec des essais dans la soufflerie S2MA à Modane permettra même de caractériser expérimentalement le flottement laminaire pour ce type de voilure.

Concernant les configurations plus radicales, les illustrations ci-dessous montrent différentes options étudiées par les équipes ONERA depuis une dizaine d’années. Pour ces solutions disruptives, l’ONERA s’appuie sur son savoir-faire multidisciplinaire pour évaluer les potentiels gains et points bloquants de ces architectures mettant en jeux des phénomènes physiques complexes et pour lesquels il n’existe aucune donnée historique.

Evaluation de l’ingestion de la couche limite

Evaluation de l’architecture de type Aile Volante

Evaluation de la propulsion électrique distribuée

Hélicoptères

La direction de programme Hélicoptères coordonne les recherches menées à l’ONERA relatives aux appareils à voilure tournante, et à capacité de décollage et d’atterrissage vertical (VTOL, Vertical Take-Off and Landing), que ce soit des hélicoptères conventionnels ou des concepts plus avancés ou encore les différents concepts proposés pour la mobilité aérienne urbaine.

L’ONERA est le partenaire principal en R&T du leader mondial des hélicoptères, Airbus Helicopters (AH), en partenariat avec son équivalent allemand le DLR.

Les compétences pluridisciplinaires de l’ONERA sont essentielles pour relever les défis technologiques associés aux nouvelles configurations.

Les activités sont organisées en 5 domaines de recherche (RF : Research Fields) :

RF1: The Virtual Aerodynamic Rotorcraft (aérodynamique, simulation numérique en aérodynamique)
RF2: The Quiet and Comfortable Rotorcraft (acoustique interne et externe, dynamique des structures et vibrations)
RF3: The Smart Rotorcraft (mécanique du vol, la sécurité du vol : maîtrise du phénomène de VRS, assistance au pilote, vol autonome)
RF4: The Robust Rotorcraft (résistance au crash et aux impacts d’objets, prise en compte des conditions environnementales : givrage, brown-out, foudre, feu, …)
RF5: The Innovative Rotorcraft (nouvelles technologies de pale et nouveaux concepts d’aéronefs)

Simulation CFD hybride RANS-LES d’un rotor d’hélicoptère en vol d’avancement

Banc PycsHel : exemple d’environnement complet de simulation ‘off-line’ pour l’appontage des hélicoptères

Drones

La direction de programme Drones coordonne les recherches menées à l’ONERA sur les systèmes de drones, leurs missions et leur insertion dans l’espace aérien en coordination avec la direction programme Système de transport aérien & Avionique. Les grands enjeux associés à l’émergence d’une économie basse altitude s’articulent autour de quatre axes principaux.

Deux thèmes transverses :

Amélioration des performances et de l’opérabilité : développer des systèmes de drones plus performants, robustes, autonomes et adaptés à divers types de missions et environnements.
Sûreté et sécurité : garantir la fiabilité des systèmes, leur résilience face aux aléas et aux cyberattaques, et assurer la protection des biens et des personnes.

Deux piliers structurants :

Acceptabilité sociétale : faire en sorte que les drones soient perçus comme utiles et sûrs par la population, notamment en améliorant leur impact environnemental et leur perception.
Insertion dans l’espace aérien : concevoir des technologies, méthodes et outils permettant aux drones de coexister avec l’aviation générale, en conformité avec les réglementations aéronautiques et les systèmes de gestion du trafic.

L’ONERA travaille avec et au profit :

Des institutions françaises (DGA, DGAC, SGDSN) avec un rôle d’expertise en accompagnement des évolutions règlementations et sur les grands programmes
Des industriels du secteur aéronautique (Airbus, Thales, Safran, Dassault Aviation, ADIF, PMEs & StartUp)
Des pôles et clusters (Aerospace Valley, SAFE, Normandie Aerospace, Systematic,…)
Des Centres d’Essais Drones Français
Des grands donneurs d’ordre (SNCF-Altametris, EDF, RTE,…)
Des laboratoires (ISAé Sup Aéro, CNRS, …)

DROSERA© logiciel d’aide à la préparation de missions drones

Drone Ressac en chambre anéchoïque pour les études CEM

En savoir plus sur les drones à l'ONERA

Propulsion aéronautique et environnement

Traînées de condensation générées par un avion en vol

La direction de programme Propulsion aéronautique et environnement coordonne l'ensemble des problématiques liées au système propulsif des aéronefs (principalement civils), et des impacts environnementaux générés par les avions. Les grands enjeux associés sont aujourd'hui :

La réduction de la consommation, des émissions de CO₂ et de polluants (NOx, CO, particules, etc.) par l'amélioration des moteurs, l'exploration de nouvelles architectures propulsives (concept d’open fan à très fort taux de dilution comme sur la configuration Gullhyver) ainsi que par l'utilisation de carburants alternatifs (biocarburants, électro-carburants ou combustibles complètement décarbonés comme l’hydrogène)
La réduction du bruit perçu
La compréhension des impacts atmosphériques du transport aérien (qualité de l'air et impact total sur le changement climatique, notamment du fait de la génération des traînées de condensation)

Système de transport aérien et avionique

La direction de programme Système de transport aérien et Avionique pilote les recherches de l'ONERA dans deux domaines clés : la gestion du trafic aérien, incluant la planification des trajectoires 4D, l'intégration sécurisée des nouveaux entrants et l'optimisation de l'espace aérien, et le développement de systèmes avioniques de pointe pour la navigation, les communications et la surveillance.

Ces travaux, qui intègrent intelligence artificielle et une automatisation accrue, visent à renforcer la sécurité, la sûreté et la résilience du transport aérien futur, tout en promouvant des opérations vertes par la réduction de l'impact environnemental et l'optimisation de l'efficacité des vols. Ils intègrent les facteurs humains et la cybersécurité, et s'inscrivent dans des collaborations structurantes, notamment le programme européen SESAR 3 pour la modernisation du contrôle aérien.

Simulation numérique en mécanique des fluides et énergétique

Simulation LES avec le code CEDRE d'un écoulement réactif issu d'un injecteur swirlé LOx/CH4

La Direction de Programme Simulation numérique en mécanique des fluides et énergétique a pour mission d’accompagner les activités de développement des outils logiciels, méthodes numériques et modèles physiques pour la simulation numérique en mécanique des fluides en prenant en compte les besoins exprimés par les clients et partenaires de l’ONERA.

Sa mission intègre également le suivi de thèmes connexes à la simulation numérique comme le calcul intensif et la gestion des données, le traitement des incertitudes, l’estimation d’erreurs, les techniques de réduction de modèles et l’intelligence artificielle.

En premier lieu ce programme a en charge le suivi des activités des grands logiciels de l'ONERA pour l'aérodynamique (elsA, SoNICS, CODA), l'énergétique (CEDRE et Jaguar) et la magnétohydrodynamique (Taranis). Il apporte une attention particulière à la gestion de la transition d’elsA vers son successeur SoNICS et des interactions entre SoNICS et CODA, ainsi que du projet de modernisation du logiciel CEDRE allant jusqu’à une solution basée sur une nouvelle architecture, partagée avec SoNICS, permettant un rapprochement important des domaines aérodynamiques et énergétiques.

Calcul RANS avec SoNICS : champ de nombre de Mach autour d'un exemple de configuration étudiée dans le cadre de l'ARF COBRA

Par ailleurs, ce programme veille à la coordination des activités de développement des nombreux composants logiciels (CWIPI, ParaDiGM/Maia, Cassiopée...) qui gravitent autour de ces solveurs et qui sont nécessaires à la préparation, l’optimisation et au co ou post-traitement des simulations numériques, ainsi qu'aux activités visant à coupler les solveurs de mécanique des fluides à d’autres codes disciplinaires et aux travaux relatifs au développement de la plateforme ORION de l’ONERA devant permettre d’accueillir toute démonstration multi-physique.

Clean Aviation

L’ONERA est un des membres fondateurs du partenariat européen public-privé Clean Aviation dont l’objectif est la maturation et la démonstration de technologies pour des avions qui consommeront 30% de carburant en moins à l’horizon 2035. A ce titre, l’ONERA participe aux différents comités de ce partenariat (Governing Board, Technical Committee…) et a contribué à la définition technique des activités des 3 piliers principaux du partenariat (SMR : short-medium range aircraft, Regional, H₂ : hydrogen powered commercial aircraft) et anime le pilier ‘Fast Track’ mis en place en 2024. Les équipes de l’ONERA sont partenaires des industriels et autres centres de recherche ou membres académiques de plus de 10 projets sélectionnés par un processus d’appel d’offre. L’ONERA coordonne en particulier le projet AWATAR dédié à la maturation technologique d’ailes de fort allongement.