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Jun 27, 2023

Un moteur électrique mégawatt conçu par les ingénieurs du MIT pourrait aider à électrifier l'aviation

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L’énorme empreinte carbone de l’aviation pourrait diminuer considérablement grâce à l’électrification. Mais jusqu’à présent, seuls de petits avions entièrement électriques ont décollé. Leurs moteurs électriques génèrent des centaines de kilowatts de puissance. Pour électrifier des avions à réaction plus gros et plus lourds, tels que les avions de ligne commerciaux, des moteurs à l’échelle du mégawatt sont nécessaires. Ceux-ci seraient propulsés par des systèmes de propulsion hybrides ou turboélectriques où une machine électrique est couplée à un moteur d’avion à turbine à gaz.

Pour répondre à ce besoin, une équipe d’ingénieurs du MIT crée actuellement un moteur de 1 mégawatt qui pourrait constituer une étape clé vers l’électrification d’avions plus gros. L'équipe a conçu et testé les principaux composants du moteur et a montré, grâce à des calculs détaillés, que les composants couplés peuvent fonctionner dans leur ensemble pour générer un mégawatt de puissance, à un poids et une taille compétitifs par rapport aux petits moteurs d'avion actuels.

Pour les applications entièrement électriques, l’équipe envisage que le moteur puisse être associé à une source d’électricité telle qu’une batterie ou une pile à combustible. Le moteur pourrait alors transformer l’énergie électrique en travail mécanique pour alimenter les hélices d’un avion. La machine électrique pourrait également être associée à un turboréacteur à double flux traditionnel pour fonctionner comme un système de propulsion hybride, fournissant une propulsion électrique pendant certaines phases d'un vol.

"Peu importe ce que nous utilisons comme vecteur d'énergie - batteries, hydrogène, ammoniac ou carburant d'aviation durable - indépendamment de tout cela, les moteurs de classe mégawatt seront un élément clé pour rendre l'aviation plus écologique", déclare Zoltan Spakovszky, professeur T. Wilson. en aéronautique et directeur du Gas Turbine Laboratory (GTL) du MIT, qui dirige le projet.

Spakovszky et les membres de son équipe, ainsi que des collaborateurs de l'industrie, présenteront leurs travaux lors d'une session spéciale de l'American Institute of Aeronautics and Astronautics – Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS) lors de la conférence sur l'aviation en juin.

L'équipe du MIT est composée de professeurs, d'étudiants et de chercheurs du GTL et du Laboratoire des systèmes électromagnétiques et électroniques du MIT : Henry Andersen Yuankang Chen, Zachary Cordero, David Cuadrado, Edward Greitzer, Charlotte Gump, James Kirtley, Jr., Jeffrey Lang. , David Otten, David Perreault et Mohammad Qasim, ainsi que Marc Amato d'Innova-Logic LLC. Le projet est parrainé par Mitsubishi Heavy Industries (MHI).

Chose lourde

Pour éviter les pires impacts du changement climatique d'origine humaine, les scientifiques ont déterminé que les émissions mondiales de dioxyde de carbone doivent atteindre zéro net d'ici 2050. Pour atteindre cet objectif pour l'aviation, selon Spakovszky, il faudra « réaliser des changements radicaux » dans la conception d'avions non conventionnels. des avions, des systèmes de carburant intelligents et flexibles, des matériaux avancés et une propulsion électrifiée sûre et efficace. De nombreuses entreprises aérospatiales se concentrent sur la propulsion électrifiée et sur la conception de machines électriques à l’échelle du mégawatt, suffisamment puissantes et légères pour propulser des avions de passagers.

« Il n’existe pas de solution miracle pour y parvenir, et le diable se cache dans les détails », déclare Spakovszky. « Il s’agit d’une ingénierie difficile, en termes de co-optimisation de composants individuels et de les rendre compatibles les uns avec les autres tout en maximisant les performances globales. Pour ce faire, nous devons repousser les limites en matière de matériaux, de fabrication, de gestion thermique, de structures et de dynamique du rotor, ainsi que d’électronique de puissance. »

D'une manière générale, un moteur électrique utilise la force électromagnétique pour générer du mouvement. Les moteurs électriques, tels que ceux qui alimentent le ventilateur de votre ordinateur portable, utilisent l'énergie électrique (provenant d'une batterie ou d'une alimentation) pour générer un champ magnétique, généralement via des bobines de cuivre. En réponse, un aimant, placé à proximité des bobines, tourne alors dans la direction du champ généré et peut alors entraîner un ventilateur ou une hélice.