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La renaissance de l’hélice de l’avion du 21ème siècle

NP2000 propeller for the C-130H Hercules (Collins Aerospace)NP2000 propeller for the C-130H Hercules (Collins Aerospace)

Une technologie optimisée, ayant fait ses preuves dans le domaine militaire et respectueuse de l’environnement

Par Jean-François Chanut, Directeur Général, Propeller Systems Collins Aerospace

NP2000 propeller for the C-130H Hercules (Collins Aerospace)

Le ronronnement ou les bourdonnements caractéristiques d’une hélice d’avion est un bruit que je ne me lasse jamais d’entendre. Etant donné l’utilisation traditionnelle, militaire ou commerciale, du turbopropulseur – et de son rôle dans le cinéma classique – certains pourraient dire que c’est le son d’une époque révolue. Mais ils auraient tort.

Comme quelqu’un qui passe ses journées à travailler sur l’innovation des hélices, j’associe ce son au futur, au mouvement vers l’avant et à la prochaine génération d’avions à hélices durables.

La renaissance de l’hélice

Après plus d’un an de perturbations dans l’aviation liées à la pandémie, l’ensemble de l’industrie accélère son engagement à réduire les émissions de CO2. L’hélice joue un rôle important dans ces plans, en particulier pour des entreprises comme la nôtre qui interviennent dans de multiples secteurs de l’aviation. Avant de rentrer dans les détails, il est utile de rappeler quelques principes généraux et de dissiper certaines idées communes et fausses sur l’avion à hélice.

L’histoire du turbopropulseur a souvent dû partager l’affiche avec le turboréacteur.

L’histoire du turbopropulseur a souvent dû partager l’affiche avec le turboréacteur. Depuis 1939, lorsque le turboréacteur a effectué son premier vol sur Heinkel He 178, l’innovation et la supériorité technologique de l’aviation reposait en grande partie sur le moteur à réaction. Il n’a pas fallu beaucoup de temps pour qu’experts ou autre sagesse populaire, ne relèguent le turbopropulseur à des routes moins glamours et à un avenir discutable.

L’innovation fait son retour

Pendant des années, le grand public a eu tendance à négliger les avantages inhérents aux turbopropulseurs, tels que :

  • Des pistes plus courtes au décollage et à l’atterrissage qui permettent aux avions régionaux de connecter des aéroports plus petits dans des régions moins peuplées, contribuant au développement économique de la région.
  • Une empreinte environnementale réduite – les avions à hélice consomment 30 à 40% de carburant en moins que la plupart des autres jets régionaux de taille équivalente, émettent moins de gaz à effet de serre et sont moins bruyants pour les riverains des aéroports, ce qui rend les opérations aériennes beaucoup plus acceptables de nos jours.
  • Une capacité pour les avions cargo militaires tactiques à utiliser des pistes non préparées en herbe ou en terre pour être utilisé au plus près des théâtres d’opérations, ce qui optimise la distribution du précieux chargement.

Ces avantages, bien que liés aux réductions de coûts et à l’efficacité opérationnelle pour les clients, ont également un grand potentiel pour réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2 pour l’industrie. Et alors que la recherche se poursuit sur de nouvelles sources d’énergie plus durables, telles que les biocarburants ou l’hydrogène, et que les innovations en matière de moteurs évoluent pour devenir des systèmes plus électriques ou hybrides-électriques qui utilisent du carburant et de l’électricité, on peut s’attendre à ce que l’attrait pour l’avion à hélices, qui contribuent aux objectifs environnementaux, devienne encore plus fort.

Succès dans le domaine militaire

En plus du bénéfice pour l’environnement, la renaissance de l’hélice apparaît d’autant plus évidente qu’elle a fait ses preuves dans le domaine militaire.

En 2019, la marine américaine a effectué le plus long vol continu jamais enregistré par un E-2 Hawkeye, équipé de deux hélices composites NP2000 à 8 pales. Alors que le vol de huit heures était principalement une démonstration de la nouvelle capacité de ravitaillement en vol de l’E-2D, la modernisation de l’avion avec la NP2000 a considérablement réduit le bruit et les vibrations du poste de pilotage et a rendu l’environnement des pilotes moins exigeant et plus gérable.

Les récentes innovations en matière d’hélice ont également profité au C-130H Hercules. Les systèmes de gestion électronique de l’hélice réduisent les vibrations et le bruit intérieur d’environ 15 dB dans le cockpit, tandis que la conception des pales augmente la poussée d’environ 20 % lors des accélérations à basse vitesse. Cela permet des distances de décollage plus courtes et une plus grande sécurité pour les équipages. Et les nouvelles hélices comme la NP2000 permettent aux opérateurs de maintenance de retirer et de remplacer les pales directement sur l’aile, sans retirer l’ensemble de l’hélice.

Des diagnostics simplifiés, une haute fiabilité et un remplacement individuel des pales permettent une plus grande disponibilité de l’avion et des économies de coûts d’exploitation.

Les ameliorations rendent possibles de nouvelles missions

Les progrès de conception ont permis le succès du nouvel Airbus A400M, le turbopropulseur tactique militaire le plus rapide, le plus puissant et le plus polyvalent au monde. Chacune des quatre hélices transmet plus de 11 000 chevaux – l’équivalent d’un train à grande vitesse – et permet une accélération à pleine puissance aussi rapide qu’un chasseur Mirage. Avec ces hélices, de nouvelles missions sont possibles, transportant des tonnes de fret de secours en cas de catastrophe ou de logistique militaire dans des endroits auparavant inaccessibles.

Mais revenons un instant sur les bénéfices environnementaux ! Un événement passionnant a eu lieu en 2019 avec un ATR 72-600, équipé de notre hélice composite 568F. L’avion a volé de Halmstad, en Suède, à Stockholm, dans le cadre d’une opération visant à offrir «Le vol parfait» – un vol qui, par définition, avait pour but de réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions de CO2. L’avion était équipé de deux moteurs Pratt & Whitney Canada PW 127M choisis pour leurs performances environnementales supérieures, notamment en consommant 40 pour cent de carburant en moins et en émettant 40 pour cent d’émissions de CO2 en moins par rapport aux jets régionaux les moins efficaces.

Et pourtant, malgré ces avancées technologiques, certains pensent encore que le turbopropulseur – parce qu’il est propulsé par une hélice – n’est pas aussi efficace qu’un moteur à réaction.


568F propeller (Collins Aerospace)

Egalement adaptée pour une efficacité moteur

Les turbopropulseurs et les turboréacteurs à double flux sont tous deux des moteurs à turbine et tout aussi efficaces. La question n’est pas vraiment un problème d’efficacité, c’est une question de trajectoire de vol. Les turboréacteurs à double flux sont plus efficaces à des vitesses plus élevées et à des altitudes plus élevées. Les turbopropulseurs sont plus efficaces à basse vitesse et à basse altitude, c’est pourquoi les avions à turbopropulseurs sont si populaires pour les vols de courte durée d’environ une heure ou 300 milles nautiques.

En fait, les progrès technologiques des hélices sont si fondamentaux pour l’avenir des avions intelligents que Collins Aerospace investit 32 millions d’euros dans son Centre d’excellence Hélice à Figeac en France. Ce centre rassemble la conception, l’ingénierie, les tests et la certification des futures technologies d’hélice. L’extension mettra l’accent sur l’optimisation de la conception, de la fabrication, des opérations et de la maintenance des hélices, y compris une meilleure connectivité.

Ces mises à niveau fourniront des bases de données et des diagnostics prédictifs qui analyseront la progression des programmes de coût d’exploitation en temps réel et favoriseront les bonnes pratiques de maintenance. Le plus beau est que nous ciblons des applications allant des modèles d’hélices existants aux nouvelles plateformes potentielles – qu’elles soient d’architecture classique ou futures architectures électriques/hybrides.

Les avantages attendus tant pour les équipementiers que pour les exploitants sont des améliorations en termes d’aérodynamique, de bruit, de poids, de consommation de carburant et de temps et coûts de maintenance, y compris les capacités de surveillance et de prévision des pannes.

Les hélices sont là pour rester. Et pour cause. Elles sont dotées de technologies, éprouvées par l’armée et respectueuses de l’environnement. Elles valent bien quelques pas sur un tarmac pour embarquer sur un vol régional.

Source: Collins Aerospace

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