Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
Cet article dresse un état de l’art actuel des technologies et stratégies d’électrification des aéronefs en cours d’étude. Il traite à la fois de l’électrification pour l’avionique et pour la propulsion, en partant des démonstrations « tout-électrique» actuelles jusqu’à l’hybridation des avions types régionaux dans 15-20 ans, de la technologie de stockage au système complet (électronique de puissance et chaîne de traction électrique) avec la redéfinition de la plateforme avion (basse tension-haute tension), et de son impact sur la maintenance.
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This article sets out the current state of the art and the technologies and strategies of aircraft electrification. We look at electrification for avionics and for propulsion, from “full electric” demonstrations to hybridization of regional aircraft in the next 15–20 years, from storage technology to the complete system (power electronics and electric power train) with a redefined aircraft platform (low-voltage–- high-voltage) and impact on maintenance.
Auteur(s)
-
Florence FUSALBA : Responsable Programme - CEA TECH – LITEN, Grenoble, France
-
Jean ORIOL : Responsable Partenariat Industriel - CEA-CTREG-DNAQ, Pessac, France
INTRODUCTION
Selon la classe de l’aéronef électrique et son degré d’électrification, celui-ci pouvant aller de l’alimentation des équipements de bord à la propulsion, différents systèmes de puissance peuvent être envisagés et intégrés avec différentes architectures électriques.
Alors que les performances des technologies de stockage de l’énergie peuvent dès aujourd’hui permettre d’initier des développements commerciaux d’avions légers entièrement électriques, des stratégies d’hybridation électrique de la propulsion d’avions commerciaux tels que ceux affectés aux lignes régionales sont déjà à l’étude.
Quelle que soit leur mission, de l’alimentation du système auxiliaire à la propulsion, les paramètres dimensionnants pour le système de stockage de l’énergie sont la sécurité, la fiabilité, le ratio énergie/puissance, la durée de vie (en cyclage et calendaire) ainsi que le niveau de certification requis. Plus particulièrement le ratio énergie/puissance requis diffère d’une application en mode tout électrique à une application en mode de propulsion électrique hybride, conditionnant ainsi la sélection de la technologie.
Les performances en sécurité du système de stockage nécessitent en effet d’être qualifiées selon des normes non seulement pour leurs applications aéronautiques (DO) mais aussi pour leurs manutentions et transports terrestres (UN 38.3). Les normes pour la propulsion électrique du secteur aéronautique sont actuellement en cours de définition notamment dans le groupe de travail SAE International.
Cet article dresse l’état de l’art actuel et détaille les technologies/stratégies d’électrification des aéronefs en cours d’étude. Il apporte un regard de la technologie de stockage au système complet (électronique de puissance et chaîne de traction électrique) ainsi que sur la plateforme avion (basse tension-haute tension), sur la maintenance et le modèle économique liés à l’électrification.
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MOTS-CLÉS
stockage d'énergie avions électriques hybridation dans les aéronefs chaîne de traction électrique
KEYWORDS
energy storage | electric aircrafts | hybridation of aircrafts | electric power train
DOI (Digital Object Identifier)
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Enjeux, défis technologiques actuels et futurs
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2. Évolutions technologiques
Le contexte économique, concurrentiel et environnemental autour du développement, la commercialisation et l’exploitation d’aéronefs plus électriques entraînent une évolution rapide des technologies et des usages dans le monde aéronautique.
Bien que cette transition ait été anticipée et accompagnée par les acteurs industriels, les aéronefs actuels tendent également à répondre aux exigences des utilisateurs et à l’évolution des normes et des réglementations, impliquant un besoin croissant en énergie électrique. Les développements technologiques permettent ainsi de répondre à ces nouvelles contraintes.
Ainsi l’un des critères synthétisant les gains attribués aux avancées technologiques est la consommation de carburant par passager pour 100 km. Les différentes gammes d’aéronefs (régionaux, courts, moyens et longs courriers) ont ainsi bénéficié d’une réduction de 28 % de consommation au cours de ces 35 dernières années. Les vols régionaux et courts courriers sont les plus économes avec une consommation d’environ 2 litres par passager aux 100 km.
Du point de vue technologique les voies d’améliorations sont multiples. Les paragraphes suivants en présentent succinctement quelques-unes.
2.1 Motorisation
Le développement des turbomachines pour le compte de l’industrie aéronautique civile puis l’introduction des turboréacteurs (pour plus d’informations [BM 3001]) à double flux (figure 4) dans les années 1960 permirent l’augmentation du taux de dilution. L’Airbus A380 est ainsi équipé de ce type de turboréacteur (Rolls Royce Trent 900). Ce principe, atténuant le bruit généré par le flux d’air chaud, engendre cependant un bruit en amont et en aval de la soufflante. De nombreux projets en cours visent à réduire cette émission de bruit (en aval plus particulièrement), notamment au moyen de tuyères réduisant ces ondes sonores basses fréquences...
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Évolutions technologiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AIRBUS - Delivering the future - Global market Forecast 2011 – 2030. S.1 AIRBUS (2011).
-
(2) - Le transport aérien et la problématique du CO2 : enjeux des mécanismes ETS et des biojets, - Panorama (2013), http://www.ifp.fr
-
(3) - - http://www.iata.org/about/Documents/iata-annual-review-2015.pdf
-
(4) - - http://www.cleansky.eu/content/homepage/about-us
-
(5) - - http://perso.univ-lemans.fr/~yauregan/these/Manuscrit_Renou.pdf
-
(6) - - http://sites.onera.fr/aussois2011/sites/sites.onera.fr.aussois2011/files/presentations/introduction_compositev2.pdf
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Le transport aérien et la problématique du CO2 : enjeux des mécanismes ETS et des biojets, Panorama, 2013, http://www.ifp.fr
Émission mondiale de CO2 et axes de réductio, http://www.iata.org/about/Documents/iata-annual-review-2015.pdf
Schéma de principe d’un turboréacteur à double flux, http://perso.univ-lemans.fr/~yauregan/these/Manuscrit_Renou.pdf
Évolution de la fraction massique de matériaux composite pour la gamme BOEING et AIRBUS, http://sites.onera.fr/aussois2011/sites/sites.onera.fr.aussois2011/files/presentations/introduction_compositev2.pdf
Comparaison des technologies basses et hautes températures de piles à combustibles, http://www.fuelcelltoday.com/technologies/pemfc
PEMFC pour l’aéronautique, http://www.popsci.com/military-aviation-amp-space/article/2009-07/antares-dlr-h2-first-plane-run-exclusively-fuel-cell-power http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10203/339_read-8244#/gallery/12337
Vol d’essai d’un système PEMFC embarqué...
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