Une ambition d’atteindre zéro émission nette de carbone d’ici 2050. Les mots semblent assez simples, mais le défi pour l’industrie aéronautique mondiale est énorme – et il motive l’approche de tous sur le pont derrière l’innovation révolutionnaire pour des moteurs durables (RISE). programme de développement et de démonstration technologique. Dévoilé en 2021 par CFM International, société commune à parts égales entre GE Aerospace et Safran Aircraft Engines, le programme RISE fait progresser les technologies pour soutenir un futur moteur d’avion qui vise à être 20 % plus économe en carburant, avec 20 % d’émissions de carbone en moins. , que les moteurs commerciaux actuels.
La bonne nouvelle — confirmée par les dirigeants de CFM lors d’un récent webinaire sponsorisé par CFM et organisé par Semaine de l’aviation — est que le programme RISE continue de réaliser de réels progrès, grâce aux efforts d’une équipe mondiale de plus de 2 000 ingénieurs CFM, à de multiples collaborations industrielles et à des partenariats de recherche en cours avec des agences du secteur public aux États-Unis et en Europe.
« La durabilité est un sport d’équipe. Nous ne pouvons franchir la ligne d’arrivée que si nous travaillons ensemble à travers l’ensemble de l’industrie », a déclaré Delphine Dijoud, vice-présidente adjointe de l’ingénierie pour les moteurs commerciaux chez Safran Aircraft Engines, qui a présenté le webinaire aux côtés d’Arjan Hegeman, directeur général de l’avenir des technologies de vol chez GE. Aérospatial.
Les deux présentateurs ont réitéré leur confiance dans la technologie Open Fan comme voie à suivre. « Au cours des 50 dernières années, les moteurs carénés se sont constamment améliorés, mais ils approchent désormais de leurs limites en termes d’efficacité », tandis que l’architecture des moteurs sans carburation « commence tout juste à gravir une nouvelle courbe en S de potentiel en termes d’efficacité propulsive », a déclaré Dijoud. .
Ils ont également exprimé leur enthousiasme face aux progrès rendus possibles par les technologies du programme RISE. « Il s’agit véritablement de l’un des programmes de démonstration les plus ambitieux de l’histoire de notre entreprise », a déclaré Hegeman. « Il est nécessaire d’atteindre une industrie zéro émission nette d’ici 2050, et RISE joue un rôle très important pour atteindre cette étape. »
Voici cinq choses à savoir sur le programme RISE :
1. L’architecture du moteur Open Fan a parcouru un long chemin, bébé.
Le moteur expérimental GE36, développé par GE Aerospace dans les années 1980, a montré les avantages de l’architecture de moteur Open Fan (ou sans conduit). Alors que le moteur offrait un rendement énergétique sans précédent, avec deux ensembles de pales de ventilateur exposées et contrarotatives, le GE36 était lourd et bruyant. Avance rapide jusqu’à aujourd’hui, où une conception beaucoup plus simple exploite les technologies du 21e siècle pour éliminer les problèmes de poids et de bruit et améliorer le rendement énergétique.
Le moteur à ventilateur ouvert à un étage est essentiel pour atteindre un taux de dilution plus de cinq fois supérieur à celui des moteurs carénés les plus avancés de demain. Il sera également équipé de pales composites en fibre de carbone pour une réduction de poids, une résistance et une durabilité supérieures. Parallèlement, en utilisant la puissance du calcul intensif pour analyser l’aérodynamique à un niveau microscopique, les ingénieurs du programme RISE ont mis au point une conception de ventilateur qui minimise le bruit tout en maximisant l’efficacité.
« Les capacités de calcul, notre code et les clusters GPU eux-mêmes ont véritablement permis à nos équipes de comprendre l’aérodynamique détaillée et d’optimiser le système, en le faisant passer d’un ventilateur contrarotatif à un ventilateur très simple à un étage qui répond aux exigences acoustiques. à laquelle tout le monde s’attend », a déclaré Hegeman. (Découvrez le dernier projet de supercalcul de GE Aerospace ici.)
2. Les technologies avancées de noyau compact sont également essentielles à la réalisation des objectifs du programme RISE.
Même si la technologie Open Fan — sans doute la caractéristique la plus importante du programme de démonstration RISE — entraînera des gains à deux chiffres en matière d’efficacité énergétique, elle n’atteindra pas à elle seule l’objectif de plus de 20 %. Le développement d’un noyau compact et léger, qui abrite les modules de compression et de combustion, est en cours de refonte pour être plus petit et optimiser l’efficacité thermique, avec un système de refroidissement avancé et des matériaux capables de résister à des températures extrêmement élevées. Le noyau est conçu pour être compatible avec les carburants de nouvelle génération, notamment le carburant d’aviation durable (SAF) non mélangé et l’hydrogène, ainsi qu’avec les systèmes électriques hybrides comme ceux que GE Aerospace développe actuellement avec la NASA. Il utilise également des technologies de moteur adaptatives, également connues sous le nom d’architecture de dérivation variable, pour améliorer les performances tout en permettant un fonctionnement sûr et efficace à chaque étape d’un vol. « C’est une technologie qui (peut) faire varier le contournement et permettre une plus grande demande de poussée lorsque cela est nécessaire, par exemple lors d’un décollage ou d’une montée, et bien plus de contournement dans un environnement de type croisière », a déclaré Hegeman.
La validation de la technologie de base RISE s’est achevée l’année dernière et les tests sont désormais centrés sur l’endurance, un facteur clé alors que les moteurs plus efficaces sont poussés à fonctionner à des pressions d’air et des températures plus élevées. « Bien avant même de construire le moteur de démonstration proprement dit, nous soumettons déjà les composants et sous-systèmes à une évaluation de la durabilité », a-t-il expliqué, faisant référence à la norme qui mesure la durée de fonctionnement d’une pièce avant l’entretien ou la réparation. « C’est un exemple du sérieux avec lequel nous prenons la durabilité et la sécurité de ces moteurs. »
3. Les progrès sont réels – et le rythme s’accélère.
Le programme CFM RISE a réalisé plus de 250 tests et le rythme continue de s’accélérer, avec des tests et des recherches rigoureux qui se poursuivent dans le monde entier. « Cela ne concerne pas uniquement CFM », a déclaré Hegeman. « Nous avons de nombreux partenariats et collaborations – aux États-Unis, avec la NASA, la FAA, le ministère de l’Énergie ; en Europe, avec Clean Aviation, avec l’ONERA, avec le DLR et bien d’autres. »
En 2024, plus de 300 heures d’essais en soufflerie ont été réalisées dans une installation gérée par l’ONERA, le Centre national français de recherche aérospatiale, en utilisant une maquette à l’échelle 1/5 de la turbine Open Fan. Sur deux autres sites, des tests d’endurance de la turbine haute pression (HPT) sont menés sur un moteur F110, avec plus de 2 000 cycles cumulés. Ensuite, a déclaré Hegeman, « nous passerons une fois de plus au même nombre de cycles, mais dans un environnement émulé où il y a ingestion de poussière, ce qui rend les choses encore plus difficiles. »
« Nous investissons dans l’amélioration des installations et même dans une toute nouvelle installation pour soutenir cet énorme effort de test », a déclaré Dijoud. « Cela devient chaque jour plus réel, avec les premières pièces de démonstration à grande échelle qui sont désormais fabriquées. »
4. Le programme RISE fait progresser la compréhension mondiale de la science des substances non-CO2 émissions.
Alors que les ingénieurs et technologues du programme RISE s’efforcent de réduire les émissions de carbone associées au transport aérien, ils font également d’importantes découvertes liées aux émissions sans CO.2 émissions, telles que les émissions d’oxyde nitreux (NOx), des gaz produits pendant le processus de combustion qui contribuent à la pollution de l’air et à la formation de traînées de condensation dans les avions. Les technologies de combustion de nouvelle génération du programme s’appuient sur des composants développés pour la première fois pour le moteur GEnx. Et GE Aerospace s’est récemment associé à la NASA pour mener des tests révolutionnaires d’analyse des traînées de condensation en utilisant la technologie lidar (détection et télémétrie de la lumière) de pointe pour produire des images tridimensionnelles qui fournissent des informations sur la formation et le comportement des traînées de condensation.
5. De multiples essais au sol et en vol devraient avoir lieu au cours de cette décennie.
Tous les systèmes restent opérationnels pour que les tests au sol et en vol commencent dans les années à venir. CFM collabore avec Airbus sur une démonstration en vol Open Fan, prévue pour la fin de cette décennie, et travaille activement avec l’avionneur pour « optimiser l’intégration moteur-avion grâce à des tests et des simulations », a déclaré Dijoud. Les essais en vol sont importants pour faire progresser la compréhension des performances, de la sécurité, du bruit et de l’aérodynamique du moteur dans un scénario de vol réel – une étape clé avant de pouvoir développer un moteur révolutionnaire.
Dijoud et Hegeman ont exprimé leur confiance continue dans les technologies du programme RISE et dans le concept clé : la technologie Open Fan est la voie de l’avenir. « La proposition de valeur de RISE est que vous obtenez un rendement énergétique à deux chiffres du système de propulsion », a déclaré Hegeman. « Ce qui signifie que vous n’avez pas besoin de stresser et de taxer autant la partie chaude du moteur pour atteindre ce chiffre (d’efficacité) de 20 %. Un moteur caréné ne peut jamais atteindre le chiffre de 20 % sans compromettre considérablement sa durabilité.
« Nous continuons à apprendre, à innover, à repousser les limites à chaque test, chaque simulation, chaque ajustement de conception », a déclaré Dijoud. « Nous continuons d’explorer plusieurs voies afin de façonner cet avenir plus durable pour l’aviation. »
Pour voir le webinaire complet, inscrivez-vous sur ce lien.
Cet article a été publié pour la première fois sur GE Aerospace bloguer.
