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Collins et P&W dévoilent des systèmes de propulsion hybride-électrique

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Collins Aerospace a terminé la conception préliminaire d'un nouveau moteur électrique de 1 MW qui sera un élément clé du nouveau démonstrateur de vol régional hybride-électrique en cours de développement par sa société sœur du groupe Raytheon, Pratt & Whitney (P&W). Le fabricant de moteurs d'avion prévoit de commencer les essais au sol avec le moteur Collins plus tard cette année, en vue du début des essais en vol en 2024 à Montréal.

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Le programme de démonstration, basé sur des plans visant à réduire les émissions de carbone des avions régionaux, s'inscrit dans le cadre d'un éventail plus large de travaux sur les nouvelles technologies de propulsion au sein du groupe Raytheon. Ces travaux pourraient déboucher sur des groupes motopropulseurs hybrides-électriques de plus grande taille pour les avions de ligne à fuselage étroit transportant 220 passagers sur des secteurs de 3 000 nm, ce qui permettrait de réduire les émissions d'au moins 30 %.

Cette semaine également, au Salon international de l'aéronautique de Farnborough, P&W et Collins annoncent le lancement du programme de démonstrateur STEP-Tech. Leur objectif est de commencer les essais au sol du système à la fin de 2022.

Basé au Raytheon Technologies Research Center à East Hartford, dans le Connecticut, le projet est axé sur le développement d'un système de propulsion hybride-électrique distribué à haute tension de 100 à 500 kW. Les plans initiaux prévoient que le système s'applique à de petits aéronefs eVTOL et à des véhicules aériens sans équipage, mais les entreprises ont déclaré qu'elles pouvaient faire passer la technologie à une puissance nominale de 1 MW pour des applications plus importantes

L'unité STEP-Tech se compose d'un turbogénérateur évolutif, de batteries et d'un système de gestion de l'énergie, ainsi que d'unités de propulsion. Les partenaires ont achevé les études de preuve de concept au début de l'année.

Le nouveau moteur électrique de 1 MW exposé à Farnborough (pavillon Raytheon C631) s'appuie sur les systèmes de production et de distribution d'énergie destinés au programme d'avion de ligne à large fuselage 787 de Boeing, produits par l'ancienne entreprise Hamilton Sunstrand qui a été intégrée à Collins Aerospace après la fusion d'UTC Aerospace et de Rockwell Collins. L'usine Collins de Solihull, au Royaume-Uni, fabrique les nouvelles unités et prévoit de les livrer prochainement à P&W pour qu'elles soient intégrées à l'un de ses moteurs d'avion existants.

Selon Bill Dolan, vice-président de Collins chargé de la puissance et des commandes, chaque moteur de 1 MW permettra de quadrupler la densité de puissance par rapport à la technologie actuelle des moteurs électriques. Les premiers essais ont été effectués par l'Université de Nottingham, où en juin, les ingénieurs ont atteint une puissance de 400 kW au sol. Collins a l'intention de poursuivre le développement des moteurs électriques dans son nouveau laboratoire de systèmes d'alimentation électrique à Rockford, dans l'Illinois, qu'elle appelle The Grid et dont l'ouverture est prévue en 2023.

À un moment donné, P&W souhaite évaluer le fonctionnement du moteur électrique en tandem avec son turboréacteur à engrenages. Elle étudie également les possibilités d'intégrer le démonstrateur de vol régional hybride-électrique et l'unité STEP-Tech à un nouveau moteur d'avion.

Frank Preli, vice-président de Pratt & Whitney chargé des technologies de propulsion et des matériaux, a déclaré lors d'un point de presse avant le salon que les partenaires du groupe Raytheon évaluaient une échelle mobile d'applications hybrides-électriques, allant d'une base "légère" dans laquelle seulement 5 % de la puissance est électrique à 50 % ou plus. Il a prédit que les systèmes de propulsion hybride-électrique parallèles et intégrés pourraient être disponibles pour de nouvelles applications de transport aérien à partir du milieu des années 2030.

M. Preli a indiqué que l'entreprise considère les avions de ligne régionaux comme les premiers à adopter la nouvelle technologie de propulsion, avec des économies d'énergie prévues de 30 % dès le départ. Il a ajouté que les filiales de Raytheon ont conclu des contrats avec plusieurs grands constructeurs d'avions et prévoient de mettre à disposition des systèmes de propulsion certifiables pour les nouveaux avions monocouloirs Boeing ou Airbus. Elles prévoient une réduction supplémentaire des émissions de carbone en permettant à l'élément turbogénérateur des nouveaux groupes motopropulseurs de fonctionner avec du carburant aviation durable.

Selon Juan de Bedout, vice-président de Raytheon chargé de la technologie aérospatiale, le groupe considère qu'il est impératif d'accélérer les efforts visant à réduire le carbone émis par les vols, compte tenu des émissions du transport aérien, qui, selon les scientifiques, devraient plus que doubler dans les années à venir et passer d'environ 2 % des émissions mondiales à 18 %. L'année dernière, Raytheon a souscrit à l'engagement pris par l'Air Transport Action Group d'atteindre des émissions nettes nulles d'ici 2050.

Le groupe américain, qui emploie quelque 58 000 ingénieurs dans le monde, estime que les capacités de Collins en matière de moteurs-générateurs et de gestion de l'énergie correspondent parfaitement à l'expertise de P&W dans le développement de nouveaux turbopropulseurs et turbofans. Les entreprises collaborent déjà à un projet connexe financé par les gouvernements canadien et québécois, qui consiste à évaluer la propulsion hybride-électrique sur un avion turbopropulseur De Havilland Dash 8-100, en partenariat avec le spécialiste des batteries H55.

Les fabricants rivaux de moteurs d'avion Rolls-Royce et Honeywell travaillent également sur des systèmes de propulsion hybride-électrique de classe 1-MW. Safran développe des systèmes de propulsion électrique d'une puissance maximale d'environ 600 kW.