De la chaleur résiduelle pour alimenter les moteurs des avions
Les moteurs à piston à air chaud exploitent l'expansion thermique de l'air pour déplacer les pistons. Dans le processus de conversion de l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique, environ 30 % de l'énergie du combustible sont perdus dans les gaz d'échappement. En général, la chaleur générée n'est pas utilisée et est donc perdue. Le projet WHEXPERS (Study and manufacturing of a wasted heat exchanger and a hot air piston engine recuperation system), financé par l'UE visait à utiliser cette chaleur résiduelle. La technologie développée présente l'avantage de transférer la chaleur des gaz d'échappement vers le flux d'air pressurisé du moteur à piston. Le système de récupération de la chaleur résiduelle promet des augmentations importantes d'efficacité du moteur qui réduiront la consommation de carburant et les émissions de dioxyde de carbone. Pour pouvoir être utilisé dans un avion, le modèle de moteur a été modifié via l'utilisation de matériaux de faible densité, un frottement réduit et une géométrie de moteur réduite pour maximiser l'efficacité. Le moteur à piston à air chaud requiert un scellement supérieur avec un frottement réduit dans le système d'admission d'air comprimé. Les soupapes rotatives contrôlent le flux d'air. Des modifications dans la conception des vannes rotatives à la suite d'une première campagne d'essais ont permis de réduire les pertes de pression et de cibler la perméabilité. La conception de la culasse a également été améliorée sur la base des résultats des tests de frottements et d'étanchéité, comme le design du moteur de base. Ensuite, les pièces mécaniques fabriquées d'un moteur à piston à air chaud factice ont été assemblées, de même que les systèmes de contrôle et d'acquisition des données du banc de contrôle. Des simulations ont été combinées à des études mécaniques pour améliorer les plaques de l'échangeur de chaleur et la résistance mécanique des pièces. Enfin, le système d'alimentation de l'échangeur de chaleur a été conçu pour assurer une distribution de flux uniforme, une chute de pression réduite et un poids léger. L'analyse des performances est en cours. Le projet WHEXPERS a fait progresser la récupération de chaleur gaz-gaz. Les innovations dans les matériaux et les designs techniques devraient mener à des moteurs d'avion efficaces avec une consommation de carburant et des émissions réduites pour un transport aérien plus vert.
Mots‑clés
Chaleur résiduelle, échappement, moteur à piston à air chaud, système de récupération de chaleur résiduelle, récupération de chaleur gaz-gaz
