Maintenir le refroidissement des turboréacteurs à très haut taux de dilution
Le secteur de l’aviation contribue à 2 à 3 % du total des émissions annuelles mondiales de CO2 imputables aux activités humaines. Il a par ailleurs d’autres incidences sur le climat du fait des différentes autres substances émises. «Pour réduire l’impact environnemental de l’aviation commerciale, il est indispensable de réduire le dioxyde de carbone, les oxydes d’azote et le bruit. Pour ce faire, nous avons besoin d’une nouvelle génération de moteurs, et l’un des concepts les plus prometteurs est le turboréacteur à double flux à très haut taux de dilution (UHBR)», souligne Alberto Broatch, coordinateur du projet SACOC financé par l’UE. Bien qu’il soit connu pour produire moins d’émissions et être plus silencieux, ce moteur doit encore relever plusieurs défis, dont le système de refroidissement. Les pales avant de ce moteur étant très grandes, leur vitesse de rotation optimale est très différente de celle de la turbine qui entraîne la soufflante. «Par conséquent, les moteurs UHBR ont besoin d’un réducteur entre la soufflante et la turbine, de sorte que cette dernière tourne plus lentement que la première, et que les extrémités des pales n’atteignent pas des conditions soniques bruyantes», explique Alberto Broatch. Avec une telle approche, le réducteur est soumis à une charge thermique très élevée, et cette chaleur doit être évacuée par un système de refroidissement approprié.
Trouver des solutions
Le projet a consisté à étudier comment maintenir ce moteur à une température acceptable. «Un de nos principaux objectifs était d’élaborer une méthode numérique capable de prédire les performances des refroidisseurs air/huile qui utilisent l’air du conduit de dilution du moteur pour refroidir l’huile du système de lubrification», explique Jorge García-Tíscar, l’un des responsables du projet. En tant que modèle numérique, il peut servir d’outil d’optimisation pour générer de nouvelles géométries d’échangeurs de chaleur capables d’augmenter le refroidissement et de réduire l’impact des géométries du côté de l’air. Les modèles numériques doivent toutefois être validés avant de pouvoir être utilisés pour générer des conceptions innovantes. «C’est là qu’intervient le deuxième objectif principal du projet. Les essais complets de moteurs étant extrêmement coûteux et longs, nous avions besoin d’un banc d’essai expérimental à échelle réduite capable de simuler les conditions d’écoulement réelles du moteur autour du refroidisseur», souligne Andrés Felgueroso, membre du consortium du projet. Ce banc d’essai a été conçu, mis en service et validé dans le cadre du projet.
Un pas de plus vers le refroidissement
Le projet a démontré que les modèles numériques peuvent être utilisés non seulement pour simuler ce type d’échangeur de chaleur pour turboréacteur, mais également pour les optimiser. «L’optimisation numérique réalisée dans le cadre du projet à l’aide de ces modèles a donné naissance à une géométrie de refroidisseur air/huile qui, par rapport à la solution actuelle, améliore l’échange thermique de près de 20 % et sa perméabilité au flux d’air de 13 %», confirme Jorge García-Tíscar. Le projet a également démontré que l’évaluation des refroidisseurs air/huile peut être effectuée dans une soufflerie simplifiée à petite échelle, pour autant que des mesures appropriées soient prises pour simuler les conditions réelles du flux d’air du moteur. «Cela simplifiera considérablement les futurs développements de refroidisseurs air/huile en réduisant les coûts expérimentaux, les dépenses énergétiques et les délais de commercialisation», ajoute Jorge García-Tíscar. Évoquant l’avenir, Andrés Felgueroso conclut: «Nous aimerions poursuivre l’étude des performances des refroidisseurs air/huile actuels et en essayer de nouveaux.» Le consortium poursuivra ses travaux pour mieux comprendre le comportement aérothermique des échangeurs de chaleur.
Mots‑clés
SACOC, refroidisseur air/huile, échangeurs de chaleur, turboréacteur, très haut taux de dilution, UHBR, industrie aéronautique
