Les tests de démonstration en cours à Prague utilisant des carburants durables ont fourni de premières informations aux équipes conjointes de CVUT, GE et Avio Aero, qui visent désormais à fonctionner avec 100 % de SAF.
Un peu plus de deux mois se sont écoulés depuis novembre dernier, lorsque GE Aviation Turboprop et l'Université technique tchèque de Prague CVUT ont lancé la campagne d'essais de démonstration pour l'utilisation de SAF (carburants d'aviation durables) sur le moteur Catalyst, dans le cadre d'un programme de collaboration technologique plus large. entre l'entreprise et les universités tchèques.
Les essais avec le catalyseur propulsé par SAF ont eu lieu dans l'une des salles du centre d'essais VZLU, à deux pas du siège de GE Aviation Turboprop ; cette même salle a accueilli les essais haute puissance du moteur, en 2018. Alors qu'à ce jour, plus de 3,000 17 heures d'opérations d'essais sur XNUMX moteurs assemblés ont concerné le nouveau turbopropulseur avancé d'origine européenne.
"Cette campagne diffère des tests d'endurance classiques", explique Massimo Giambra, ingénieur principal en système moteur pour Avio Aero. "En fait, nous avons alterné des tests utilisant du carburéacteur Jet-A traditionnel avec des tests utilisant un mélange SAF à 40 %. Nous avons accumulé 30 heures d'activité moteur à ce jour, dont 10 en utilisant exclusivement SAF : du point de vue des performances, de la consommation, de la puissance et du comportement général du moteur, nous pouvons dire que nous sommes satisfaits. D'après les premiers résultats, Catalyst répond de la même manière avec les deux carburants, même si nous approfondissons encore nos analyses.
Un tout nouveau moteur, développé après plus de 50 ans sans que de tout nouveaux turbopropulseurs ne soient lancés sur le marché, place clairement les concepteurs, les spécialistes de la technologie et les ingénieurs devant des cas sans précédent. C'est pourquoi le Catalyst est soumis à des tests de certification et de développement auxquels d'autres turbopropulseurs n'ont jamais été confrontés.
La démonstration avec les SAF, dans ce cas, a pour objectif principal de comparer les émissions des moteurs et les fumées d'échappement entre les deux carburants. "L'objectif n'était pas la certification pour la fumée et les émissions, cependant, nous avons réalisé et mesuré l'activité en respectant les paramètres d'éco-durabilité de l'OACI (l'Organisation de l'aviation civile internationale faisant partie de l'ONU, éd.). En effet, parmi les exigences du programme figure la réduction des émissions et de la fumée. Nous pouvons déjà dire que, jusqu'à présent, les résultats suggèrent une diminution des fumées à pleine charge de 25 % avec ce type de SAF », ajoute Fabio Turrini, ingénieur conseil en conception de systèmes de combustion pour Avio Aero.
Le type de SAF utilisé par le Catalyst dans cette première phase est appelé ATJ (Alcohol To Jet) et est produit par un processus de reconversion de l'alcool éthylique en carburant, alcool pouvant être extrait sur la planète à partir de diverses sources renouvelables telles que la canne à sucre. , de la biomasse ou des déchets. "Au départ, nous avions l'intention d'atteindre le mélange avec 50 % de SAF mais, pour répondre aux normes internationales de certification des carburants Jet, nous avons finalement décidé d'opter pour un ATJ 40 % SAF "drop-in" avec un 60 % Jet-A. mélange », déclare Martin Svoboda, chef de projet principal de GE Aviation Turboprop, qui a suivi de près les essais du moteur avec des collègues de l'Université CVUT et des équipes de spécialistes.
"Nous préparions cette campagne dès 2020, puis la crise sanitaire a affecté notre calendrier", poursuit Svoboda. "La complexité de ces tests commence dès l'approvisionnement ici en Europe, car il nous a fallu beaucoup de temps pour trouver le carburant alternatif : de nombreux grands fabricants ne sont pas intéressés par la fabrication du mélange à des fins expérimentales, nous avons donc trouvé un petit mais avancé producteur en Caroline du Nord (États-Unis) qui était capable de fournir une solution personnalisée.
Il est également facile d'imaginer à quel point il est délicat de traiter de telles substances et, par conséquent, avec les équipes d'ingénierie, de gestion de programme, de combustion et de carburant, d'essais et d'approvisionnement, les départements Environnement, santé et sécurité du bureau de Prague ont également été activés. en tant que fournisseur externe spécialisé. Les opérations comprenaient le transport, l'utilisation, le stockage et la circulation des deux types de combustibles dans les canalisations de la cellule d'essai avancée baptisée « cellule d'essai DYNO ».
"L'évaluation des performances avec SAF, ainsi que leur effet sur les émissions, la pollution de l'air et la santé humaine, nécessite une préparation, une conception et une exécution approfondies des tests, afin que vous puissiez séparer les effets du carburant d'une myriade d'autres effets », explique Michal Vojtisek, professeur de génie mécanique à l'Université de Prague et alchimiste résident. Expert en carburants, combustion et émissions, le professeur Vojtisek a été l'un des pionniers de la mesure des émissions des véhicules terrestres dans les années 90, acquérant également de l'expérience aux États-Unis.
« Lors de la sélection de l'instrumentation et de la séquence d'essais pour cette campagne, nous nous sommes appuyés sur notre expérience en matière d'essais de véhicules ainsi que sur le développement récent des essais d'émissions des moteurs d'aviation. Nous avons analysé numériquement les gaz d'échappement pour une variété de polluants, y compris les gaz à effet de serre comme le CO2, le méthane et le N2O, au niveau des espèces azotées réactives, la concentration de suie non volatile, les distributions de taille et le nombre total de particules ainsi que le nombre total de particules non volatiles. particules volatiles », explique le professeur Vojtisek. A ses côtés, une équipe de dix techniciens et chercheurs du CVUT ayant suivi une formation dédiée, spécialisée dans une discipline clé pour l'étude des impacts climatiques et sanitaires.
Cela peut sembler évident, mais être capable de filtrer, d'analyser et de mesurer un flux gazeux avec précision est une opération assez sophistiquée. Le système de tuyauterie de la salle d'essais est équipé de capteurs, tout comme les tuyaux d'échappement : « le système que nous avons dans la salle est suffisamment flexible pour s'adapter à un certain type d'essais dans un temps relativement court. Comme il est assez difficile de se procurer du SAF, tout doit fonctionner correctement dès le premier passage, il n'y a pas beaucoup d'opportunités. Ces tests visaient à une évaluation réaliste des émissions gazeuses et particulaires avec le SAF en le comparant avec le carburant JET A-1 conventionnel.
La prochaine étape est maintenant à la portée des équipes conjointes de l'entreprise et de l'université qui étudient et mettent en œuvre des solutions durables tout en maintenant les normes de fonctionnement élevées du tout nouveau moteur. « Nous visons à fonctionner avec SAF à 100 % dès que possible », déclare Svoboda. « Cette fois, nous recherchons également un fournisseur SAF pour soutenir la campagne de tests. Ce serait bien qu'il soit européen comme notre catalyseur.
Texte de : Yari Bovalino
Photo : Jiří Ryszawy, CTU à Prague
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