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Une conception innovante d’hélice permet l’utilisation de moteurs diesel dans les avions

Les moteurs à pistons sont l’option la plus efficace pour les petits avions et un moteur diesel serait encore meilleur, mais son utilisation nécessite d’abord d’optimiser la conception de l’hélice.

Transports et Mobilité

La plupart des petits avions utilisent traditionnellement des moteurs à essence/à piston similaires à ceux des voitures. Pourtant, ceux-ci peuvent s’avérer sous-optimaux pour une utilisation en aviation. La conception à allumage par compression, également connue sous le nom de diesel, serait une meilleure alternative. Ces moteurs réalisent l’allumage par compression du mélange air/carburant. Le taux de compression plus élevé des moteurs diesel permet de mieux rentabiliser l’énergie contenue dans le carburant, ce qui améliore l’efficacité de combustion et réduit la consommation de carburant. La simplicité des moteurs à pistons et une faible consommation de carburant se traduisent par un avion plus léger et plus efficace. Cela permet d’atténuer les impacts sur l’environnement et d’améliorer les coûts d’exploitation. Un moteur diesel d’avion utilise du carburéacteur à faible volatilité, ce qui contribue à la sécurité opérationnelle. L’arrivée de moteurs diesel dans les avions serait très favorablement reçue. Cependant, avant que cela ne soit possible, une nouvelle hélice doit être conçue pour résoudre les problèmes liés à ce type de moteur. Le développement d’une hélice appropriée était justement l’objectif du projet ARGOS financé par l’UE.

Des problèmes résolus

Le premier problème lié aux moteurs diesel à carburéacteur est qu’ils fonctionnent très brutalement par rapport aux conceptions conventionnelles. La répartition inégale du couple provoque des vibrations qui finissent par user l’hélice. Cela réduit sa durée de vie et augmente les risques de défaillance. Le deuxième problème est que la conception de l’hélice doit être soigneusement adaptée au type de moteur. L’utilisation d’une hélice conçue pour un moteur à essence avec un moteur diesel aggrave le problème d’usure, en plus d’être inefficace. Les partenaires du projet ont d’abord tenté de neutraliser les vibrations à l’aide d’un dispositif d’amortissement. Dans une voiture, cette fonction est dévolue à la boîte de vitesses. L’équipe a toutefois rejeté cette option, en partie parce que le moteur cible est une conception dite à entraînement direct, sans équivalent de boîte de vitesses. L’équipe s’est plutôt concentrée sur la refonte totale de l’hélice, car cela pouvait permettre de réduire le poids et la complexité de la transmission. Les chercheurs ont testé de nombreuses combinaisons de formes d’hélices, de matériaux et de moteurs. «Le résultat le plus important du projet s’est concrétisé dans les données obtenues grâce à cette expérimentation», explique Vilém Pompe, le coordinateur du projet. «C’est une chose de dire qu’un moteur diesel tourne brutalement, mais dans quelle mesure et pourquoi?» Le projet ARGOS a quantifié les réponses de l’hélice sur les moteurs à essence et diesel.

Un nouveau design de prototype

Les résultats des tests ont contribué à la conception d’un tout nouveau prototype d’hélice optimisé pour les moteurs diesel. «Notre solution a consisté à installer des paliers de rétention dans les pales de l’hélice», ajoute Vilém Pompe, «qui absorbent l’énergie vibratoire. Nous avons également trouvé des matériaux appropriés pour les pales et le moyeu de l’hélice qui absorbent davantage l’énergie.» La nouvelle hélice est plus lourde et plus robuste que les hélices conçues pour les moteurs à essence de même puissance. Malgré le poids supplémentaire, la nouvelle hélice intègre des encoches et des concentrateurs de contraintes minimes. La conception qui en résulte est plus simple que les alternatives destinées aux moteurs à essence, pour des coûts de production comparables. Après les premiers tests de conception, suivis de la fabrication et de la validation du prototype, les tests se poursuivent dans la période post-projet. L’équipe cherche à certifier pleinement une conception basée sur le prototype pour commercialiser les résultats. Sur la base des tests en cours, les chercheurs ont développé un prototype légèrement modifié actuellement en production. Il sera utilisé pour le processus de certification. L’équipe prévoit prochainement de tester l’hélice en vol. L’hélice ARGOS redessinée permettra d’utiliser des moteurs diesel efficaces dans les avions. Cela rendra les petits avions plus économiques et plus respectueux de l’environnement.

Mots‑clés

ARGOS, hélice, conception, moteur diesel, prototype, petit avion, aviation

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