Airbus prévoit des avions électriques alimentés à piles à carburant

L’un des plus grands climat-Les défis d’ingénierie liés à l’heure actuelle est la conception et la construction d’un grand avion de ligne à passagers à émission zéro. Et dans cette entreprise massive, aucun fabricant d’avion n’est aussi investi que Airbus.

Au Airbus Summitun symposium pour les journalistes les 24 et 25 mars, les cadres supérieurs ont esquissé une vision audacieuse et éventuelle pour les deux prochaines générations de l’entreprise de aéronef. Le point culminant, du point de vue technologique, est un supraconducteuravion de ligne à pile à carburant.

La stratégie d’Airbus est basée sur des efforts de développement parallèles. Tout en entreprenant les énormes projets de R&D nécessaires pour créer le grand, pile à carburant Aircraft, la société a déclaré qu’elle travaillera également de manière agressive sur un avion de ligne conçu pour essuyer l’efficacité la plus possible de la propulsion basée sur la combustion. Pour cet avion, la société vise une réduction de 20 à 30% de la consommation de carburant, selon Bruno Fichefeux, responsable des futurs programmes à Airbus. L’avion serait un avion de ligne à monocy Famille A320 de l’avion, l’avion à réaction de passagers le plus vendu sur le marché, avec Près de 12 000 livré. La société s’attend à ce que le nouvel avion entre dans le service dans la seconde moitié des années 2030.

Airbus espère réaliser un gain d’efficacité aussi important en exploitant les progrès émergents moteurs à réactionailes, matériaux composites légers et haute résistance, et carburant d’aviation durable. Par exemple, Airbus a révélé qu’il fonctionne maintenant sur une paire de moteurs à réaction avancés, plus ventilateur ouvert dont les lames tourneraient sans nacelle environnante. Airbus évalue un tel moteur dans un projet avec partenaire CFM Internationalune coentreprise entre GE Aerospace et Moteurs de safran.

Sans nacelle pour les enfermer, les lames de ventilateur d’un moteur peuvent être très grandes, permettant des niveaux plus élevés d ‘«pontage de l’air», qui est aspiré à l’air à l’arrière du moteur – se séparer de l’air utilisé pour brûler le carburant – et expulsé pour fournir la poussée. Le rapport entre l’air de contour Mohamed AliChief Technology and Operating Officer pour Ge Aérospatial. Typique ratios de contournement Aujourd’hui, c’est environ 11 ou 12, mais la conception de la canette ouverte pourrait permettre des rapports pouvant atteindre 60, selon Ali.

Les partenaires ont déjà testé des moteurs en canne ouverte dans deux séries différentes de tests de soufflerie en Europe, a ajouté Ali. « Les résultats ont été extrêmement encourageants, non seulement parce qu’ils sont vraiment bons en termes de performances et de validation du bruit, mais aussi (parce qu’ils valident l’analyse de calcul que nous avons fait », a déclaré Ali lors de l’événement Airbus.

Un modèle à l’échelle d’un moteur d’avion en canon ouvert a été testé l’année dernière dans une soufflerie à Modane, France. Les tests ont été effectués par l’agence nationale de recherche en aérospatiale française et les moteurs d’avion Safran, qui travaillent sur des moteurs à canon ouvert avec GE Aerospace.Moteurs de safran

Airline à pile à combustible est une pierre angulaire des objectifs zéro-émission

Parallèlement à cet avion de ligne avancé à combustion, Airbus développe un avion à piles à carburant depuis cinq ans dans le cadre d’un programme appelé Zéroe. Au sommet, PDG d’Airbus Guillaume Faury reculé sur un objectif de piloter un tel avion d’ici 2035, citant l’absence d’un cadre réglementaire pour certifier un tel avion ainsi que la lenteur de la construction des infrastructures nécessaires pour produire Hydrogène «vert» à l’échelle commerciale et à des prix compétitifs. «Nous aurions le risque d’une sorte de« concord d’hydrogène »où nous aurions une solution, mais ce ne serait pas une solution commercialement viable à grande échelle», a expliqué Faury.

Cela dit, il a pris du mal à réaffirmer l’engagement de l’entreprise envers le projet. «Nous continuons à croire en hydrogène», A-t-il déclaré.« Nous sommes absolument convaincus que c’est une énergie pour l’avenir de l’aviation, mais il y a juste plus de travail à faire. Plus de travail pour Airbus, et plus de travail pour les autres qui nous entourent pour apporter cette énergie à quelque chose qui est à grande échelle, qui est compétitif, et qui conduira à un succès, apportant une contribution significative à la décarbonisation. » Bon nombre des principales industries du monde, y compris l’aviation, se sont engagées à réaliser Émissions de gaz à effet de serre zéro nette D’ici 2050, un fait que Faury et d’autres responsables d’Airbus ont invoqué à plusieurs reprises en tant que moteur clé du projet Zeroe.

Plus tard dans l’événement, Glenn LlewellynLe vice-président d’Airbus en charge du programme Zeroe, a décrit le projet en détail, indiquant un effort d’ambition technologique à couper le souffle. L’avion envisagé peut accueillir au moins 100 personnes et disposer d’une portée de 1000 milles marins (1850 kilomètres). Il serait alimenté par quatre «moteurs» de cellules à carburant (deux sur chaque aile), chacun avec une puissance de puissance de 2 mégawatts.

Selon Hauke ​​Luedderschef de la propulsion des piles à combustible développement de systèmes Chez Airbus, la société a déjà effectué des tests approfondis à Munich sur un système de 1,2 MW construit avec des partenaires, dont Groupe Liebherr, Elringklinger, Magna Steyret Diehl. Luedders a déclaré que la société se concentre sur la membrane à basse température des protons piles à combustiblebien qu’il n’ait pas encore réglé sur la technologie.

Mais le vrai étourdissant était la description par Llewellyn d’un programme complet chez Airbus pour concevoir et tester un groupe motopropulseur électrique supraconducteur pour l’avion à pile à carburant. «Comme le hydrogène Stockés sur l’avion est stocké à une température très froide, moins 253 degrés Celsius, nous pouvons utiliser cette température et la technologie cryogénique pour refroidir efficacement les électriques dans le système complet « , a expliqué Llewellyn. » Il améliore considérablement le efficacité énergétique et la performance. Et même s’il s’agit d’une technologie précoce, avec les bons efforts et les bons partenariats, cela pourrait changer la donne pour notre avion à piles à carburant, pour notre entièrement avion électriquenous permettant de concevoir des avions plus grands, plus puissants et plus efficaces. »

En réponse à une question de Spectre IEEELlewellyn a élaboré que toutes les principales composantes du propulsion électrique Le système serait cryo-refroidi: «Système de distribution électrique, commandes électroniques, convertisseurs de puissanceet les moteurs »- en particulier, les bobines dans le moteurs. « Nous travaillons avec des partenaires sur chaque composant », a-t-il ajouté. Le système de cryo-refroidissement refroidirait un réfrigérant qui circulerait pour garder les composants froids, a-t-il expliqué.

Un «moteur» d’avion à pile à combustible, comme envisagé par Airbus, comprendrait un 2 mégawatt moteur électrique et unité de commande du moteur associée (MCU), un système de piles à carburant pour alimenter le moteur et les systèmes associés pour fournir de l’air, carburant à l’hydrogèneréfrigérant liquide et autres nécessités. Le système d’air RAM capturerait l’air froid qui coule sur l’avion pour une utilisation dans les systèmes de refroidissement.Airbus SAS

Aviation pourrait-elle être l’application Killer pour supraconducteurs?

Llewellyn n’a pas précisé lequel supraconducteurs Et les réfrigérants avec lesquels l’équipe travaillait. Mais Superconducteurs à haute température sont un bon pari, en raison des exigences considérablement réduites circuit de refroidissement ce serait nécessaire pour maintenir supraconductivité.

Les supraconducteurs en céramique à base d’oxyde de cuivre étaient inventé à IBM En 1986, et diverses formes d’entre elles peuvent se supracter à des températures comprises entre –238 ° C (35 K) et –140 ° C (133 K) à la pression ambiante. Ces températures sont plus élevées que les supraconducteurs traditionnels, qui nécessitent des températures inférieures à environ 25 K. Néanmoins, les applications commerciales pour les supraconducteurs à haute température ont été insaisissables.

Mais un expert de la suprconductivité, physicien appliqué Yu he à Yale L’université, a été encouragée par les nouvelles d’Airbus. «Ma première réaction a été:« Vraiment? Et ma deuxième réaction a été, Wow, toute cette ligne de recherche ou d’application, est en effet en croissance et je suis très ravi »sur les plans ambitieux d’Airbus.

Les supraconducteurs en cuivre-oxyde ont été utilisés dans quelques applications, presque toutes expérimentales. Ceux-ci comprenaient des générateurs de turbine éolienne, des démonstrations de train à levitation magnétique, des câbles de transmission électrique courts, des machines d’imagerie magnétique-résonance et, notamment, dans les bobines électromagères pour tokamak fusion réacteurs.

L’application Tokamak, dans une startup de fusion appelée Systèmes de fusion du Commonwealthest particulièrement pertinent car pour faire des bobines, les ingénieurs ont dû inventer un processus pour transformer le matériau supraconducteur de cuivre normalement fragile en une bande qui pourrait être utilisé pour former des bobines en forme de beignet capables de maintenir un débit de courant très élevé et donc très intense champs magnétiques.

«Avoir un supraconducteur Fournir un courant aussi important est souhaitable car il ne génère pas de chaleur », dit-il.« Cela signifie, d’abord, vous avez beaucoup moins d’énergie perdue directement des bobines elles-mêmes. Et, deuxièmement, vous n’avez pas besoin d’autant de puissance de refroidissement pour éliminer la chaleur. »

Pourtant, les obstacles techniques sont substantiels. « On peut affirmer qu’à l’intérieur du moteur, une chaleur intense devra encore être enlevée en raison de la friction aérodynamique », dit-il. «Alors cela devient, comment gérez-vous la chaleur globale dans le moteur?»

Un ingénieur chez Air Liquide Advanced Technologies travaille sur un test de stockage d’hydrogène et le système de distribution à la planche à pain liquide à hydrogène en novembre 2024. La «planche à pain» a été créée l’année dernière à Grenoble, en France, par Air Liquide et Airbus.Céline Sadonnet / Master Films

Pour ce défi, les ingénieurs auront au moins un environnement favorable avec un air froid et fluide. Les ingénieurs pourront puiser dans le «flux d’air massif» sur les moteurs et autres composants pour aider le refroidissement, suggère-t-il. Le design intelligent pourrait «en profiter énergie cinétique de l’air fluide. « 

Pour tester le système de propulsion en évolution des piles à combustible, Airbus a construit un centre d’essai unique à Grenoble appelé «Liquid Hydrogen Breadboard», a révélé Llewellyn au sommet. «Nous nous sommes associés à Air Liquide Advanced Technologies«Pour construire l’installation, a-t-il dit.« Cette planche à pain est une plate-forme de test polyvalente conçue pour simuler les éléments clés de l’architecture des avions futures: réservoirs, vannes, tuyaux et pompes, nous permettant de valider différentes configurations à grande échelle. Et cette installation d’essai nous aide à obtenir des informations critiques sur la sécurité, les opérations d’hydrogène, la conception des réservoirs, le ravitaillement, la ventilation et la jaugeage. »

« Tout au long de 2025, nous allons continuer à tester le système complet d’hydrogène liquide et de distribution », a ajouté Llewellyn. «Et d’ici 2027, notre objectif est de faire un pas encore plus important en avant, testant le système complet de bout en bout, y compris le moteur à pile à combustible et le système de stockage et de distribution d’hydrogène liquide, ce qui nous permettra d’évaluer le système complet en action.»

Glenn Zorpette s’est rendu à Toulouse en tant qu’invité d’Airbus.