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Rendement des systèmes d’aéronefs thermiques

Nous savons que l’énergie est un bien rare, mais essentiel pour les aéronefs où pratiquement toute l’énergie provient de moteurs à carburant ; des projets comme Solar Impulse, cependant, tentent de faire des énergies renouvelables une réalité dans le domaine. En attendant, et sûrement pendant encore plusieurs décennies, le carburant alimentera les aéronefs, et celui-ci doit être économisé.

Pourquoi ne pas essayer d’utiliser les déperditions de chaleur en vue d’une utilisation plus écoénergétique de l’électricité ?

Le principe d’un Avion plus électrique (More Electrical Aircraft — MEA) tente d’utiliser des architectures de systèmes entièrement électriques en vue d’obtenir une énergie plus écoénergétique. Pour que ces nouveaux énergivores fonctionnent, des modules électroniques et des convertisseurs de forte puissance sont nécessaires. Ils sont bien plus efficaces que les modules pneumatiques ou hydrauliques, mais subissent tout de même des déperditions de chaleur à évacuer.

Dès lors, pourquoi ne pas tirer parti de ces déperditions ? Actuellement, la plupart des appareils sont refroidis par air, mais avec un refroidisseur de liquide en boucle fermée l’aéronef offrirait un rendement supérieur encore. La chaleur est nécessaire à l’intérieur de l’aéronef, avant tout pour le confort au niveau du fuselage, mais il ne peut pas toujours être fourni par les déperditions des moteurs à carburant.

Je ne suis pas le seul à m’intéresser à ce sujet. De nombreux projets de recherche et développement tentent de résoudre ce problème ; dès que l’équipement sera mis au point, la première étape consistera à créer les moyens de validation au sol de ces nouvelles architectures d’aéronefs.

Ces moyens ne seront pas de simples bancs d’essai ou équipements commerciaux. Ils devront être assez souples pour fonctionner en tant qu’équipements d’aéronef réels, afin de couvrir les performances de l’intégralité d’un système d’aéronef, où les dispositifs ne sont pas tous disponibles ou même encore conçus, mais doivent cependant parfois être testés. De plus, un logiciel de suivi des performances en temps réel est nécessaire pour tous ces appareils.

Pour reproduire les performances des systèmes thermiques, trois fonctions ont été détectées et mises au point :

Une fonction de charge de la chaleur produit les déperditions de puissance souhaitées en fonction des profils de vol. Elles permettent de valider le système de refroidissement.

Une fonction de chargement électrique consomme le courant souhaité à n’importe quel niveau de tension dans l’aéronef. La dynamique de cette consommation doit correspondre à celle à tester. Par exemple, les modules du système produisant la chaleur qui doit être récupérée peuvent être connectés au convertisseur électronique de puissance ou directement aux générateurs électriques si une fonctionnalité globale doit être testée.

Une fonction qui mesure la consommation, au cours des différents profils de travail, se charge de vérifier le rendement réel. Un centre de distribution de la puissance est bien sûr nécessaire – avec des niveaux de tension d’aéronefs CCHT, CA/400 Hz et 28 Vcc. Mais en plus des sources d’énergie, un véritable système de mesure est nécessaire pour les formes d’onde de courant non standard consommées par l’énergie électronique.

Il existe un autre point important : dans quelle mesure ces tests sont-ils écologiques ? Ils doivent être effectués à de nombreuses reprises et la puissance consommée au cours des tests doit être réduite au minimum afin d’atteindre les objectifs d’économie d’énergie. C’est la raison pour laquelle l’énergie qui circule à travers les charges électriques, les convertisseurs électroniques à puissance réelle ou même les sources de puissance, doit être économisée à l’aide de modules de régénération pour produire de l’électricité en synchronisation avec le réseau électrique industriel.

 

 

(*) TEMGIR est un projet de recherche et développement : maquettes thermiques et électriques pour la gestion thermique d’un banc d’essai d’intégration au sol. / La recherche ayant mené à la mise au point de ces moyens de test a obtenu un financement du septième programme-cadre de l’Union européenne (FP7/2007-2013), pour son initiative technologique conjointe Clean Sky, dans le cadre de l’accord de subvention n° [641463].

 

 

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04/06/2018

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