Dans le cadre du projet Clean Aviation, les chercheurs de Fraunhofer se sont associés à des partenaires pour développer un système qui fait vibrer les taches glacées sur les ailes des avions, en enlevant la glace. Cela réduit considérablement la quantité d’énergie nécessaire au dégivrage par rapport aux méthodes conventionnelles. La technologie est également adaptée à la propulsion à faible émission du futur.
La formation de glace sur les ailes d’un avion est dangereuse pour tout l’avion. La glace réduit la portance, augmente la traînée et peut nuire à la mobilité des surfaces de contrôle de vol telles que les ascenseurs, les ailerons et les gouvernes. Dans le pire des cas, l’avion peut se caler dans les airs et s’écraser. Le problème peut survenir à tout moment de l’année, en particulier lorsqu’un avion passe à travers des nuages ou des couches d’air froid et humide après le décollage ou à l’approche. Pour résoudre ce problème, les avions sont équipés de systèmes thermiques qui aspirent l’air chaud des moteurs et le canalisent sur la surface des ailes. Cependant, ce processus nécessite beaucoup d’énergie, et il impacte également l’efficacité du moteur.
L’Institut Fraunhofer pour la durabilité structurelle et la fiabilité du système LBF s’est maintenant associé à des partenaires pour développer une méthode de dégivrage économe en énergie. L’idée de base est que la partie glacée de l’aile de l’avion est faite pour vibrer, de sorte que la glace se fissure et se détache.
Tout d’abord, les capteurs détectent la formation de glace sur des sections spécifiques de l’aile. Ensuite, la fréquence de résonance naturelle, c’est-à-dire la plage de fréquences où le matériau commence à vibrer, est déterminée, suivie de l’activation d’actionneurs piézoélectriques. Les actionneurs déclenchent des vibrations de matériau basse fréquence ciblées sur les endroits où la glace s’est formée. « Les vibrations sont à la portée de quelques kilohertz. Ils sont invisibles à l’œil nu mais très efficaces. La glace accrochée à l’aile se brise et tombe », indique Denis Becker, chercheur à Fraunhofer LBF.
Fréquence de résonance des ailes
Pour calculer la fréquence de vibration, les chercheurs de Fraunhofer ont d’abord dû étudier l’interaction très complexe d’une gamme de facteurs différents qui sont responsables de la fréquence de résonance naturelle lorsque la glace se forme. « Les facteurs déterminants comprennent le matériau à partir duquel les ailes sont fabriquées, la vitesse, l’altitude de vol, la température, l’humidité et l’épaisseur de la couche de glace. Les algorithmes utilisent cette information pour calculer la fréquence des résonances naturelles », explique le chercheur.
Parce que les conditions extérieures changent constamment en vol, la fréquence de résonance change également. Que la couche de glace épaississe ou fond soit également un facteur. Pour cette raison, les capteurs fournissent en permanence de nouvelles informations de mesure afin que l’électronique puisse activer les actionneurs à la fréquence de réglage à tout moment.
Pour le projet de recherche, les experts de Fraunhofer ont parcouru diverses étapes, notamment en plaçant une aile à l’intérieur d’une soufflerie de givrage et en optimisant le fonctionnement des actionneurs piézoélectriques.
L’idée d’utiliser des vibrations pour enlever la glace a été évoquée dans les cercles d’aviation depuis longtemps maintenant. Maintenant, pour la première fois, les chercheurs ont réussi à créer un système très dynamique et précis qui met cette idée dans la pratique du monde réel. « Nos expériences dans la soufflerie de givrage ont montré que le dégivrage électromécanique fonctionne. Comme prochaine étape, nous allons effectuer d’autres tests dans la soufflerie pour préparer le système pour les tests en vol « , explique Becker.
Les groupes motopropulseurs d’avions à faibles émissions du futur
Les experts de Fraunhofer LBF ont réalisé ce projet de recherche dans le cadre du programme de recherche et d’innovation de l’Union européenne en aviation propre. Parmi les partenaires figurent l’avionneur Airbus et la société aérospatiale Parker-Meggitt.
Le domaine de l’aviation est confronté à d’énormes défis ces jours-ci. La consommation d’énergie et les émissions de carbone devront diminuer considérablement dans les prochaines années. Dans l’ensemble de l’industrie, les fabricants travaillent sur des groupes motopropulseurs plus écologiques tels que les entraînements électriques et hybrides.
« Mais les systèmes de propulsion du futur ne produiront plus de gaz d’échappement chauds ou de chaleur résiduelle, que les systèmes de dégivrage thermomécanique nécessitent pour faire leur travail. Notre méthode offre la perspective de réduire la consommation d’énergie jusqu’à 80%, ce qui en fait une contribution importante à l’aviation durable », conclut Denis Becker.
