Requis de performance pour roulage électrique des aéronefs régionaux à turbopropulseurs en conditions réelles d’opérations

Abstract

Au sol, l’utilisation des moteurs des avions à bas régime pour le roulage est inefficace et contribue donc à la consommation de carburant totale de la mission. Dans certains cas, elle prend une part importante de celle-ci. En effet, pour un Boeing 737-400 le roulage représente 16 % de la consommation totale de carburant pour un vol de 250 milles nautiques. L’aviation plus électrique se veut être une solution efficace pour diminuer la pollution due au secteur du transport aérien, avec un objectif mondial d’une aviation neutre en émissions nettes de carbone pour 2050. Une solution serait d’intégrer de petits moteurs électriques dans les roues des avions, pour leur permettre de se déplacer de façon autonome, silencieuse, plus sécuritaire et moins polluante. Différents systèmes ont été conçus lors de multiples études sur le sujet, montrant un potentiel certain. Cependant, les performances de ces systèmes diffèrent fortement, notamment en termes de vitesse de pointe. Les vitesses proposées, relativement faibles, pourraient ne pas être en accord avec les requis réels d’opérations. Aussi, certains systèmes intégrés aux roues de nez ne seraient pas utilisables dans des conditions non-optimales telles qu’une forte inclinaison de piste, un centrage arrière, ou une piste glissante. Ce mémoire présente une étude d’intégration d’un système de roulage électrique dans les roues d’un aéronef turbopropulsé. Les requis de performance pour ce type d’avions ont été déterminés en utilisant une analyse statistique de 174 phases de roulage acquises dans 41 pays du monde. Les données analysées sont la distance parcourue, la durée totale, l’accélération maximale et la vitesse de pointe de l’aéronef. Le système doit être intégré à une position optimale qui lui permettrait d’être utilisable sur la plage d’opération réelle des avions et des pistes empruntées par ces aéronefs. Pour que les roues ne glissent pas sur le sol lors de la traction, il est démontré qu’une intégration au train principal est nécessaire, malgré l’espace limité et la présence des freins. Pour respecter les requis réels d’opérations, une vitesse de pointe de 25 nœuds et une accélération maximale de 0,4 m/s² sont nécessaires. Ces performances permettraient de ne pas avoir un impact négatif sur les pratiques et habitudes actuelles des pilotes. Afin de réduire la masse du système, l’accélération maximale sera atteignable jusqu’à une vitesse de 15 nœuds, puis diminuera jusqu’à 25 nœuds de façon à conserver la puissance requise. Pour dimensionner un système optimal de roulage électrique, celui-ci devra fournir assez d’énergie pour parcourir 13 000 pieds, soit l’équivalent de deux phases de taxi. Dans ce cas, le roulage électrique est prévu pour effectuer la phase de taxi-in puis la phase de taxi-out sans devoir recharger la batterie au sol. Enfin, une proposition d’intégration d’un système de roulage électrique dans le train principal permettra de calculer les bénéfices lors d’un vol court, démontrant son potentiel. Pour une mission de 270 milles nautiques les gains de carburant seraient de 3,1 % pour un système de masse équivalente à 2,2 % de la charge utile maximale (ou à 1,3 passagers).