Simulation des émissions des moteurs
Un agenda stratégique européen de la recherche a souligné le rôle des hélicoptères en tant que mode de transport compétitif et abordable pour se rendre d'un point à un autre. Les moteurs à turbine à gaz ont donc été soumis à des réglementations rigoureuses en ce qui concerne le dégagement d'émissions de polluants. L'attention portée à ces émissions ne cessant de croître, des chercheurs s'emploient à développer des outils informatiques qui prévoient les niveaux d'émission de gaz d'échappement dans diverses conditions de vol et d'opération. Dans ce contexte, des scientifiques financés par l'UE ont lancé le projet EMICOPTER («Emission analysis. Tools required to perform the emission analysis and evaluation methodology») en vue de développer un puissant outil destiné à prévoir les émissions. Cet outil ne nécessite aucun paramètre de réglage, ce qui le rend plus fiable, en particulier concernant les prévisions dans des conditions pour lesquelles il n'existe pas de données expérimentales. Le projet a produit des modèles détaillés s'appuyant sur des données issues du couplage de la mécanique des fluides et de la cinétique, qui ont été utilisés pour des simulations numériques en mécanique des fluides (CFD). Les données CFD ont été soumises à un post-traitement par outil cinétique pour décrire et prévoir avec exactitude la formation des polluants durant la combustion. Une analyse cinétique détaillée a également servie à mieux décrire le champ de température à l'intérieur de la chambre de combustion, améliorant ainsi le calcul des émissions. Des algorithmes numériques spécifiques ont été développés car ce type de calcul nécessite un temps de traitement considérable. Après une analyse précise de l'état de la technique, les scientifiques ont défini un carburant de substitution et développé et validé sa cinétique de combustion. Le mécanisme cinétique en résultant a servi de tremplin à la constitution d'une base de données pour les calculs CFD. Ceux-ci étaient basés sur la géométrie de la chambre de combustion d'un moteur d'hélicoptère spécifique. Ce moteur particulier a été étudié pour caractériser la formation d'hydrocarbures non brûlés qui réduisent l'efficacité de la combustion et augmentent, par voie de conséquence, la consommation de carburant et les émissions d'oxyde nitrique (NOx). Les rejets de NOx par le moteur ont été calculés pour le régime au ralenti et au décollage, et ont été comparés avec les mesures expérimentales disponibles. Les résultats du projet ont montré une cohérence satisfaisante avec les données expérimentales et souligné l'importance du mécanisme cinétique utilisé dans la simulation CFD. L'approche proposée peut servir non seulement à évaluer les émissions des moteurs existants, mais aussi à concevoir de nouvelles chambres de combustion à émissions plus faibles.
Mots‑clés
Émissions de polluants, moteur d'hélicoptère, cinétique, mécanique des fluides, chambre de combustion, émissions d'oxyde nitrique
