Solutions de refroidissement pour les avions électriques hybrides

Dans le cadre de la décarbonation de l'industrie aéronautique, les avions de demain devront être conçus en intégrant l’électrification du système de propulsion, des structures légères, des sources d’énergie plus respectueuses de l’environnement telles que les biocarburants et les carburants cryogéniques, etc. L’électrification du système de propulsion pose plusieurs défis techniques. En particulier, l’intégration de composants électriques de forte puissance dans l’avion génère des charges thermiques élevées. Par conséquent, de nouvelles solutions de gestion thermique sont nécessaires pour faire face à ce problème lors du développement de systèmes de propulsion hybride fonctionnant à la fois à l’électricité et avec un carburant.

 

Dans un avion traditionnel, la gestion de la chaleur consiste généralement à utiliser des systèmes de fluides (par exemple, l’air, le carburant et l’huile) pour extraire l’excès de chaleur généré par les différents composants et systèmes du moteur. Dans un avion électrique hybride, le volume de carburant est réduit et pourrait ne pas suffire à maintenir l’équipement embarqué à sa température de fonctionnement.

 

Coutinho et al. (2023) ont récemment publié une étude sur les systèmes de gestion thermique pour les avions électriques hybrides. Les auteurs considèrent que les boucles de refroidissement liquide intégrées aux échangeurs de chaleur à air dynamique semblent être les plus viables avec la technologie actuelle. Les échangeurs de chaleur à air dynamique utilisent l’air froid extérieur provenant du flux d’air créé par l’avion en mouvement. Parmi les solutions prometteuses en cours de développement figurent les nanofluides à conductivité thermique plus élevée et les échangeurs de chaleur de revêtement extérieur. Ces derniers utilisent une surface extérieure de l’avion déjà disponible et ont ainsi un faible impact sur la traînée, la puissance et la masse de l’appareil.

 

D’autres technologies ne seraient probablement pas accessibles dans un délai de 30 ans, comme les refroidisseurs cryogéniques. Par exemple, l’hydrogène liquide pourrait être utilisé pour refroidir les dispositifs électriques supraconducteurs. Toutefois, en raison de sa faible densité volumétrique, le défi réside dans l’espace nécessaire pour contenir la quantité requise d’hydrogène liquide dans l’avion.

 

Les solutions ci-dessous sont déjà utilisées dans certains avions, avec un niveau de maturité technologique (TRL) > 7.

 

 

Pour plus d’informations, veuillez lire l’article publié dans Applied Thermal Engineering, disponible également sur FRIDOC.

 

 

Sources

European Commission, Directorate-General for Mobility and Transport, Directorate-General for Research and Innovation, Flightpath 2050: Europe’s vision for aviation: maintaining global leadership and serving society’s needs, Publications Office, 2011, https://data.europa.eu/doi/10.2777/50266

Coutinho M. et al. (2023). A review on the recent developments in thermal management systems for hybrid-electric aircraft. Applied Thermal Engineering, 120427. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.120427

 

A titre d'illustration, avion électrique de wikimedia