Le projet d’avion tout électrique X-57 Maxwell de la NASA, qui a apporté des contributions substantielles dans les domaines de la technologie des batteries et de la conception des commandes de moteur, devrait achever ses opérations en septembre 2023. Bien que le X-57 n’ait pas effectué son premier vol en raison de problèmes mécaniques et d’une pénurie de composants, l’objectif principal du projet n’était pas de développer un prototype fonctionnel, mais de construire une plateforme d’essai pour les technologies et les méthodes de conception. Crédit : NASA Langley/Advanced Concepts Lab, AMA, Inc.
Le projet d’avion tout électrique X-57 Maxwell de la NASA, conçu comme une plate-forme d’essai pour les technologies de propulsion électrique, achèvera ses activités en septembre 2023. Bien qu’il n’y ait pas eu de premier vol en raison de difficultés techniques, le projet a apporté des contributions significatives dans des domaines tels que la technologie des batteries et la conception de la commande des moteurs. Les résultats seront documentés et partagés avec l’industrie, contribuant ainsi à l’objectif des États-Unis de réduire à zéro les émissions de gaz à effet de serre provenant de l’aviation d’ici 2050.
Le projet d’avion tout électrique X-57 Maxwell de la NASA achèvera ses activités opérationnelles d’ici la fin du mois de septembre, les activités de documentation et de clôture se poursuivant pendant plusieurs mois par la suite. Les recherches menées dans le cadre du projet X-57 ont permis aux chercheurs en aéronautique de tirer des centaines d’enseignements et de réaliser des développements révolutionnaires dans des domaines allant de la technologie des batteries à la conception de la commande du moteur de croisière.
« L’objectif de la NASA est de stimuler l’innovation par le biais de recherches et de développements technologiques révolutionnaires. C’est exactement ce qu’a fait l’équipe du projet X-57 en fournissant des informations fondamentales à l’industrie par le biais des enseignements tirés, et nous en voyons les avantages dans les entreprises américaines d’aviation commerciale qui visent à changer notre façon de voler », a déclaré Brad Flick, directeur du Armstrong Flight Research Center de la NASA à Edwards, en Californie, où l’aéronef X-57 a été mis au point. « Je suis incroyablement fier de leur ténacité et de leur ingéniosité, car ils ont ouvert la voie à l’avancement de la propulsion électrifiée. L’avenir de la propulsion électrifiée est possible grâce à leurs contributions ».
L’avion tout électrique X-57 de la NASA en configuration Mod II subit des essais à haute tension en 2021. Crédit : NASA/Carla Thomas
La finalisation de l’exploitation de l’avion d’ici septembre 2023 ne comprendra pas le premier vol de l’avion X-57. Le projet a rencontré plusieurs difficultés pour voler en toute sécurité, notamment des problèmes mécaniques à la fin de son cycle de vie et un manque de disponibilité des composants critiques nécessaires au développement du matériel expérimental. Compte tenu de l’approche de la fin prévue de l’exploitation de l’aéronef, le calendrier ne permettrait pas à l’équipe d’atteindre des conditions de vol acceptables.
Bien que la majeure partie du développement du X-57 soit achevée en septembre 2023, l’équipe conclura officiellement ses travaux plusieurs mois plus tard avec des publications techniques supplémentaires.
Les batteries lithium-ion du X-57 de la NASA sont installées dans l’avion en 2022. Crédit : NASA/Lauren Hughes
L’objectif principal du projet X-57 était de fournir aux organismes de réglementation des informations sur la conception de l’avion axée sur la propulsion électrique et sur le processus de navigabilité. Ces informations ont déjà eu un impact et continueront d’avoir un impact sur le développement d’approches de certification avancées pour la propulsion électrique sur les marchés émergents des aéronefs électriques. L’objectif n’était pas de développer un prototype, mais une plateforme d’essai pour les technologies et les méthodes de conception. C’est ce que l’équipe a fait, en documentant et en publiant les lacunes technologiques et leurs solutions au fur et à mesure qu’elles étaient découvertes, afin que les parties prenantes de l’industrie puissent tirer parti de ces enseignements le plus rapidement possible.
« Ils ont fait des choses qui n’avaient jamais été faites auparavant, et ce n’est jamais facile », a déclaré M. Flick. « Alors que nous nous préparons à terminer ce projet plus tard dans l’année, je vois une longue liste de réalisations à célébrer et une industrie qui est meilleure aujourd’hui grâce à leur travail.
Susanah Kowalewski, de la NASA Glenn, prépare un contrôleur de moteur de croisière pour les tests. Crédit : NASA
Le X-57 s’inscrit dans le cadre de l’engagement de la NASA à soutenir l’objectif climatique des États-Unis, qui consiste à réduire à zéro les émissions de gaz à effet de serre du secteur de l’aviation d’ici 2050. Depuis 2016, le projet a permis de partager les enseignements tirés de la technologie des batteries, des interférences électromagnétiques, de la conception des contrôleurs de moteur, et de bien d’autres choses encore. La NASA poursuivra ses recherches sur les avions électriques dans le cadre d’autres projets, notamment sa démonstration en vol du groupe motopropulseur électrifié.
L’avion a été construit en modifiant un Tecnam P2006T italien pour qu’il soit propulsé par un système de propulsion électrique. L’utilisation d’un avion existant a permis à l’équipe de comparer ses données à celles d’un modèle de référence propulsé par des moteurs à combustion traditionnels.
Les succès du X-57
Au début du projet, les membres de l’équipe X-57 ont constaté qu’ils auraient besoin de développements importants dans la technologie des batteries. Les batteries lithium-ion installées sur l’avion se réchauffent lorsqu’elles déchargent de l’énergie et un réchauffement trop important pourrait entraîner une surchauffe. Les responsables du projet ont travaillé avec Electric Power Systems à North Logan, dans l’Utah, pour résoudre ce problème. Les ingénieurs ont démontré que la nouvelle conception du système de batterie resterait dans des limites acceptables et sûres tout en alimentant l’avion.
Le X-57 de la NASA teste les moteurs qui tournent sur batterie. Crédit : NASA/Lauren Hughes
La conception des contrôleurs du moteur de croisière est une autre réussite du projet X-57. Ces contrôleurs convertissent l’énergie stockée dans les batteries lithium-ion de l’avion pour alimenter ses moteurs, qui entraînent ses hélices. Les contrôleurs utilisent des transistors en carbure de silicium pour offrir un rendement de 98 % destiné au décollage et à la croisière à haute puissance, ce qui signifie qu’ils ne génèrent pas de chaleur excessive et qu’ils peuvent être refroidis par l’air circulant dans le moteur. L’équipe a conçu des onduleurs répondant à des exigences de masse et de température très strictes et partage ces conceptions dans des publications techniques afin que l’industrie puisse les utiliser comme rampe de lancement pour de nouveaux produits aéronautiques. Tout récemment, les contrôleurs du moteur de croisière ont subi avec succès des essais thermiques.
Au cours de la phase d’intégration, l’équipe a rencontré des interférences électromagnétiques qui affectaient le fonctionnement des systèmes embarqués et nécessitaient une solution. Après des recherches approfondies, l’équipe a conçu, développé et installé des filtres qui ont résolu le problème. L’approche sera ajoutée aux documents techniques et partagée avec l’industrie et la communauté de la propulsion électrique.
La valeur du travail de repérage effectué dans le cadre du projet X-57 est bien établie et reconnue par l’industrie, et des résultats de recherche supplémentaires continueront d’être publiés et partagés avec la communauté technique. Une liste des contributions apportées à ce jour par le projet X-57 est disponible sur le site des documents techniques.