Des échangeurs de chaleur innovants pour les moteurs aéronautiques

Les échangeurs de chaleur air-huile font partie intégrante des conceptions avancées de turboréacteurs. En maintenant les températures de l'huile et du carburant dans des limites définies, le refroidisseur de surface contribue à l'optimisation des performances des moteurs. Le passage d'un flux de dérivation frais sur la surface exposée à l'air de l'échangeur de chaleur refroidit l'huile et le carburant.

Cependant, les refroidisseurs de surface actuels sont parasites pour le moteur et occupent également des surfaces qui servent à réduire le bruit du moteur. En conséquence, leur poids, leur volume et leur rendement sont des questions critiques.

Dans le cadre du projet SHEFAE («Surface heat exchangers for aero-engines») financé par l'UE, des chercheurs conçoivent et fabriquent un refroidisseur de surface métallique qui remplacera une partie de la structure de carénage de base. L'exploitation des structures existantes exposées à l'air supprime les contraintes spatiales et permet de dissiper davantage de chaleur. De plus, les refroidisseurs de surface légers montés sur le carénage permettent d'augmenter le rendement de l'alimentation de puissance et de réduire la consommation de carburant.

L'utilisation de matériaux composites pour la structure de carénage permet des réductions de poids supplémentaires. La recherche dans le domaine des matériaux composites, des techniques de fabrication et de la conception structurelle des refroidisseurs de surface comporte des défis liés au déplacement thermique, au scellage et aux jointures.

Une fois développé, le refroidisseur sera installé et testé sur un moteur de démonstration, formant une partie de son système de gestion de la chaleur. Les membres du projet ont établi le cahier des charges pour le refroidisseur de surface structurel concernant le refroidissement de l'huile, les conditions de point de conception, les chutes de pression d'huile et la décongélation. Les analyses préliminaires et l'examen critique de conception sont terminés. Le développement de trois nouveaux bancs d'essai permettra de valider la conception de la pièce.

L'équipe a également défini des spécifications pour la structure composite de montage (MCS) et étudié les conceptions géométriques possibles qui ont permis de produire une bonne rigidité spécifique à faible poids. L'accent a été mis sur les composites renforcés aux fibres et sur leur fabrication pour le MCS. L'équipe a conduit des tests expérimentaux sur des stratifiés composites pour identifier les principaux mécanismes de défaillance et valider les nouveaux modèles développés pour les boulonnages de composites.

Le projet SHEFAE contribue aux objectifs très ambitieux de la vision européenne pour l'aviation en 2050, au service de la société et des besoins du marché. Le projet renforce également le lien entre les partenaires européens et japonais en recherche et technologie et entre les industries européennes et japonaises.