Une jante

Dec 29, 2023

Wrexham Glyndwr University DrROB GARÇONCEng FRAeS et Assistant de recherche doctoralJHON-PAUL ROQUEdonnent un aperçu du prototype breveté de moteur à réaction électrique « FAST-Fan » à entraînement sur jante de la Faculté des arts, des sciences et de la technologie.

À la Faculté des arts, des sciences et de la technologie (FAST) de l'Université Wrexham Glyndwr (WGU), les étudiants et le personnel en ingénierie concentrent leurs efforts sur la réalisation de Net Zero Wales.

Dans le cadre du programme SMARTExpertise du gouvernement gallois, le FAST-Fan est l'un des derniers projets financés via le Fonds européen de développement régional. WGU a collaboré avec six PME basées au Royaume-Uni (Ad-Manum UAS Technologies Ltd, Invertek Drives Ltd, Motor Design Ltd., Drone-Flight Ltd, Geola Technologies Ltd et Tirius Ltd) pour fournir les analyses, la conception et la fabrication d'un prototype de jante breveté. Moteur d'avion à réaction électrique « FAST-Fan ». L'unité de propulsion résultante est capable de fournir plus de poussée par zone frontale et des vitesses d'efflux plus élevées que les configurations de ventilateurs actuelles.

Les ventilateurs à jante (RDF) sont un type de ventilateur canalisé doté d'un rebord de rotor continu fixé aux extrémités des pales du ventilateur et entraîné par un circuit de moteur électromagnétique disposé à l'intérieur du conduit. (WGU) Bien que la production et le stockage d'énergie électrique à bord soient considérés comme le principal obstacle à la propulsion électrique des avions, la distribution de l'énergie électrique et sa conversion en poussée propulsive présentent encore des défis importants. L’une d’entre elles est de savoir comment réaliser efficacement une propulsion pour un vol à grande vitesse.

Les avions civils conventionnels utilisent des hélices pour les opérations régionales afin d'atteindre des vitesses allant jusqu'à Mach 0,6 et des altitudes allant jusqu'à 30 000 pieds, mais pour les trajets plus longs qui nécessitent des vitesses et des altitudes plus élevées (jusqu'à Mach 0,9 et 45 000 pieds), des ventilateurs de dérivation canalisés sont utilisés. Les deux technologies sont entraînées par un moyeu, le flux d'air propulsif principal passant par une unité centrale d'alimentation, à savoir le moteur à turbine à gaz, et les entraînements propulsifs étant transmis via des arbres rotatifs.

Il est donc tout à fait logique que la technologie pilotée par moyeu soit automatiquement prise en compte pour les solutions de propulsion électrique des avions : elle présente une technologie familière et semble présenter un risque de développement moindre. Cependant, on peut se demander si les entraînements par moyeu offrent toujours la configuration idéale pour répondre aux besoins de propulsion électrique des avions.

L'objectif du projet FAST-Fan est d'explorer le potentiel de la technologie pilotée par jante dans ce contexte. Les objectifs étaient de rechercher, d'analyser et de développer la technologie et d'utiliser les dernières techniques de prototypage rapide disponibles pour réaliser des concepts de conception grâce à la construction d'un prototype à l'échelle adapté pour propulser un petit avion d'essai sans pilote.

Analyse logicielle par éléments finis du rotor aubagé (ou "blotor"). (WGU) Les ventilateurs à jante (RDF) sont un type de ventilateur canalisé doté d'un rebord de rotor continu fixé aux extrémités des pales du ventilateur et entraînés au moyen d'un circuit de moteur électromagnétique disposé à l'intérieur du conduit. Les RDF offrent des avantages clés par rapport aux ventilateurs conventionnels à moyeu. Comme une augmentation de la poussée par zone frontale en raison de la suppression de la restriction de débit provoquée par le moteur monté sur le moyeu ; longueur totale plus courte de l'ensemble ventilateur ; une réduction des forces tangentielles du moteur nécessaires pour générer un couple grâce à une augmentation du bras de moment radial ; aérodynamique améliorée du ventilateur grâce à l'omission des pertes au sommet du ventilateur ; fourniture d'un refroidissement par air pour les enroulements du moteur et possibilité d'installer facilement deux RDF contrarotatifs en tandem. Ce dernier avantage donne également des gains d'efficacité grâce à la suppression du tourbillon d'écoulement et facilite la génération de rapports de pression de ventilateur accrus, permettant ainsi des vitesses d'efflux et des vitesses de vol plus rapides. Un inconvénient d'une configuration RDF peut être son poids si le circuit électromagnétique n'est pas optimisé.

La technologie RDF remonte au début des années 1960 et au Ryan Vertifan. (NASA) L'un des premiers récits enregistrés sur la technologie des ventilateurs à jante pour les applications aérospatiales a eu lieu en 1961, lorsque la Ryan Aircraft Corporation a développé l'avion XV-5A Vertifan. Les ventilateurs du XV-5A étaient entraînés pneumatiquement par les gaz d'échappement du moteur à réaction agissant sur les aubes de turbine situées à la périphérie des ventilateurs produisant la portance de l'avion. Bien que la technologie du ventilateur ait été considérée comme un succès, l'élément d'entraînement par jante a été arrêté et la conception du ventilateur a ensuite été développée pour les conceptions de moteurs à haute dérivation General Electric CF6.