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dc.contributor.advisorRancourt, David
dc.contributor.authorPicard, Benoîtfr
dc.date.accessioned2019-08-13T18:14:00Z
dc.date.available2019-08-13T18:14:00Z
dc.date.created2019fr
dc.date.issued2019-08-13
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/15848
dc.description.abstractDans le but de réduire leur impact environnemental, les différents secteurs du transport s’intéressent fortement à l’électrification des systèmes de puissance à bord des différents types d’appareil. Le secteur de l’aéronautique est particulièrement intéressé à réduire ses émissions de gaz à effet de serre, ce qui réduirait également les coûts en carburant qui représente une portion significative des coûts d’opération. La densité énergétique limitée des batteries étant plus d’un ordre de grandeur inférieur au carburant liquide d’aviation, il est présumé qu’une électrification complète diminuerait drastiquement les performances des appareils. Une solution hybride permettrait d’obtenir les gains de nouvelles configurations d’un appareil électrique, tout en proposant une source d’énergie de masse comparable. Néanmoins, que ce soit une configuration hybride ou classique, l’efficacité du moteur thermique fournissant la puissance principale est directement reliée au niveau d’émissions émises par l’appareil, et une amélioration de celle-ci demeure le facteur prépondérant pour la réduction de la consommation de carburant. Les turbines à gaz de petite taille utilisées pour les applications aéronautiques à moins de 1000 kW (environ 4-10 passagers) opèrent avec des efficacités thermiques d’environ 25%. Cette efficacité peut-être considérablement augmentée avec l’ajout d’un récupérateur de chaleur. Ce dernier augmente toutefois la masse du moteur significativement, rendant ainsi les turbines récupérées commerciales inappropriées pour des applications volantes. Afin d’augmenter la densité de puissance du cycle récupéré, la température d’entrée de turbine (TIT) doit être augmentée significativement au-delà de celle des turbines métalliques non refroidies. Dans le cadre de recherches précédentes au sein du groupe Createk de l’Université de Sherbrooke, une configuration novatrice de petite turbine a été suggérée, soit la turbine en céramique en compression (Inside-Out Ceramic Turbine, ICT). Une évaluation dans le contexte de génération de puissance au sol permettrait de réduire de 20% la consommation de carburant par rapport aux microturbines commerciales. Le présent mémoire présente ici le potentiel de la ICT dans le contexte d’application aéronautique, en évaluant le compromis entre deux objectifs de conceptions se faisant compétitions, soit l’efficacité et la densité de puissance. Une modélisation système numérique couplant un modèle thermodynamique, un modèle de récupérateur et un modèle de masse a permis d’évaluer les performances d’efficacité et de densité de puissance attendues selon les variables de conception principales, soit la TIT, le rapport de pression et le dimensionnement du récupérateur. Le front de Pareto entre l’efficacité et la densité de puissance est ensuite généré par optimisation numérique du système pour différents paliers de TIT. Selon les applications proposées, pour une turbine ICT atteignant 1550 K de TIT, une efficacité de 40% est atteignable à 3 kW/kg, ce qui est significativement plus efficace que les turbines en cycle simple commercial (-37% de carburant). La masse d’un tel moteur récupéré est prédit environ 30% supérieur à celle d’un moteur à cycle simple, toutefois, la réduction en masse de carburant engendré par le gain d’efficacité occasionne une réduction du poids au décollage. En effet, pour des longs vols, on obtient alors un gain en charge utile considérable, soit 86% d’augmentation pour un vol de 7h en avion du type PC-12. Une amélioration de la technologie ICT atteignant un TIT de 1800 K se verrait obtenir 5 kW/kg à 40% d’efficacité thermique, ou jusqu’à 50% d’efficacité dans des applications moins sensibles à la masse.fr
dc.language.isofrefr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Benoît Picardfr
dc.subjectMicroturbine haute-efficacitéfr
dc.subjectCharge partiellefr
dc.subjectPale en céramiquefr
dc.subjectInside-Out Ceramic Turbine (ICT)fr
dc.subjectAviation hybridefr
dc.subjectOptimisation systèmefr
dc.titleOptimisation de turbines à gaz en céramique récupérées pour des applications aéronautiquesfr
dc.typeMémoirefr
tme.degree.disciplineGénie mécaniquefr
tme.degree.grantorFaculté de géniefr
tme.degree.levelMaîtrisefr
tme.degree.nameM. Sc. A.fr


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