Des scientifiques chinois apportent la technologie de la « peau de requin » à la course aux moteurs à réaction de nouvelle génération que l'US Air Force prévoit d'abandonner
10 aout 2024
Duree 11:44
Des scientifiques chinois ont développé une nouvelle structure imprimée en 3D à placer à l'intérieur d'un turboréacteur qui réduit la traînée et augmente l'efficacité
Analyse : Cela pourrait menacer la domination de l'Amérique dans la technologie des moteurs, en particulier après avoir abandonné le développement d'une nouvelle génération .
Une structure révolutionnaire en peau de requin à l'intérieur d'un turboréacteur, qui réduit la traînée de 10 % et augmente considérablement l'efficacité du moteur, a été créée par un groupe de chercheurs dans l'ouest de la Chine.
La technologie d'impression 3D de précision en alliage de titane à haute résistance et à grande échelle à l'origine de cette percée devrait aider la Chine à « rattraper, et même dépasser » les États-Unis et ses alliés dans la course au développement de moteurs d'aviation de nouvelle génération, a déclaré Zhang Shaoping, scientifique responsable du projet de l'AECC Sichuan Gas Turbine Establishment, dans un article évalué par des pairs publié en avril dans la revue Acta Aeronautica et Astronautica Sinica.
La nouvelle génération de moteurs exige une consommation de carburant plus faible pour une poussée plus importante, mais la voie à suivre est semée d'embûches. L'US Air Force, par exemple, a déclaré l'année dernière qu'elle prévoyait d'abandonner le programme de transition adaptative des moteurs (AETP) pour développer un nouveau moteur de chasse de nouvelle génération, car elle se concentrait plutôt sur la mise à niveau des moteurs existants.
Cependant, ils craignent que la Chine ne saisisse cette opportunité pour rattraper son retard.
« Pékin investit massivement dans le développement et la production de technologies de propulsion efficaces, et ces investissements sont nettement supérieurs aux nôtres du point de vue de la propulsion, ce qui leur permet de combler l'écart », a déclaré John R. Sneden, directeur de la propulsion du Life Cycle Management Centre de l'US Air Force, dans une interview accordée au magazine Air & Space Forces en août 2023.
« Nous perdons notre avance en matière de propulsion au profit de la Chine », a-t-il ajouté.
Jeudi, la Chine a mis en place des restrictions à l'exportation sur les composants sophistiqués des moteurs à réaction, les équipements de fabrication et les technologies ayant des applications militaires potentielles. Selon les données douanières chinoises, les États-Unis ont été le premier acheteur de produits aérospatiaux chinois au cours des quatre premiers mois de l'année.
La Chine est depuis longtemps à la traîne des États-Unis en matière de technologie des moteurs d'aviation - jusqu'à 30 ans selon certaines estimations. Ce n'est que récemment que l'armée de l'air de l'APL a lancé le service du moteur WS-15 sur l'avion furtif J-20 - tandis que son homologue américain, le moteur F119 sur le chasseur F-22, a commencé sa production dans les années 1990.
Mais à mesure que la fabrication des moteurs passe des méthodes traditionnelles à l'impression 3D, l'écart disparaît rapidement.
En décembre 2022, GE a annoncé un cadre central de turbine fabriqué par impression 3D laser. Un an plus tard, l’équipe de Zhang a présenté son article, présentant un composant plus grand et plus complexe que celui de GE.
Avec des collaborateurs de la Northwestern Polytechnical University, un institut de recherche de défense chinois de premier plan approuvé par les États-Unis, l’équipe de Zhang a réalisé cet exploit avec un composant géant appelé le boîtier intermédiaire. D’un diamètre de plus d’un mètre, il présente des rainures bioniques de seulement 15 à 35 micromètres de profondeur, soit plus fines qu’un cheveu humain.
Il était auparavant considéré comme impossible de fabriquer un composant en alliage dur aussi grand à l’aide d’une imprimante 3D tout en maintenant une précision à une échelle aussi fine.
Le boîtier intermédiaire doit résister à l’impact des gaz à haute pression et à haute température tout en transmettant la poussée et le couple du moteur à l’avion. Bien qu'il ne mesure que 3 mm (0,11 pouce) à son point le plus fin, il peut supporter plus de 10 tonnes de charge, ce qui pose d'importants défis de conception et de fabrication.
Le carter intermédiaire est le composant structurel porteur le plus important et le plus complexe d’un moteur d’avion. Il relie non seulement le ventilateur d’admission avant du moteur et le compresseur, mais sert également de liaison entre le moteur et le fuselage de l’avion.
Le carter intermédiaire doit résister à l’impact des gaz à haute pression et à haute température tout en transmettant la poussée et le couple du moteur à
l’avion.
Bien qu’il ne mesure que 3 mm (0,11 pouce) à son point le plus fin, il peut supporter plus de 10 tonnes de charge, ce qui pose d’importants défis de conception et de fabrication.
Un prototype de robot imprime en 3D des biomatériaux à l’intérieur du corps humain, réduisant ainsi les risques chirurgicaux
En utilisant la technologie d’impression 3D courante et un logiciel commercial, l’équipe de Zhang a créé un prototype 25 % plus léger que les moulages traditionnels, mais suffisamment solide pour résister à des impacts tels que les impacts d’oiseaux.
Les tests en laboratoire confirment qu’il « répond aux exigences de propriétés mécaniques, de réduction de poids et de fabricabilité », ont écrit Zhang et ses collègues.
Mais les chercheurs ont noté que la technologie d’impression 3D fait encore face à des défis considérables pour atteindre la production de masse.
Bien que la technologie actuelle de fabrication additive par fusion laser ultra-rapide ait atteint une précision de 3 micromètres, les contraintes et déformations causées par le chauffage et le refroidissement rapides pendant le processus de fusion et de solidification du matériau posent toujours des problèmes aux usines.
Malgré cela, les chercheurs pensent que cette technologie va révolutionner l'industrie aéronautique dans un avenir proche.
« Les pales de ventilateur creuses ne se limiteront plus aux structures traditionnelles en nid d'abeille ou en treillis, mais pourront adopter des squelettes internes optimisés topologiquement combinés à des structures en treillis ou même à des métamatériaux. Le taux de creux peut être augmenté à plus de 45 %, et il devrait avoir une meilleure résistance aux chocs », a écrit l'équipe de Zhang dans l'article.
En intégrant la conception et la technologie de fabrication additive, des pipelines et des canaux de refroidissement peuvent également être intégrés dans le boîtier pour améliorer les performances de refroidissement, ont déclaré les scientifiques.
« En utilisant des alliages à mémoire de forme, nous pouvons également concevoir et fabriquer des buses d'échappement intelligentes avec des fonctions de réglage adaptatif, éliminant ainsi les structures mécaniques complexes et obtenant une réduction significative du poids structurel », ont-ils ajouté.
www.scmp.com
10 aout 2024
Des scientifiques chinois ont développé une nouvelle structure imprimée en 3D à placer à l'intérieur d'un turboréacteur qui réduit la traînée et augmente l'efficacité
Analyse : Cela pourrait menacer la domination de l'Amérique dans la technologie des moteurs, en particulier après avoir abandonné le développement d'une nouvelle génération .
Une structure révolutionnaire en peau de requin à l'intérieur d'un turboréacteur, qui réduit la traînée de 10 % et augmente considérablement l'efficacité du moteur, a été créée par un groupe de chercheurs dans l'ouest de la Chine.
La technologie d'impression 3D de précision en alliage de titane à haute résistance et à grande échelle à l'origine de cette percée devrait aider la Chine à « rattraper, et même dépasser » les États-Unis et ses alliés dans la course au développement de moteurs d'aviation de nouvelle génération, a déclaré Zhang Shaoping, scientifique responsable du projet de l'AECC Sichuan Gas Turbine Establishment, dans un article évalué par des pairs publié en avril dans la revue Acta Aeronautica et Astronautica Sinica.
La nouvelle génération de moteurs exige une consommation de carburant plus faible pour une poussée plus importante, mais la voie à suivre est semée d'embûches. L'US Air Force, par exemple, a déclaré l'année dernière qu'elle prévoyait d'abandonner le programme de transition adaptative des moteurs (AETP) pour développer un nouveau moteur de chasse de nouvelle génération, car elle se concentrait plutôt sur la mise à niveau des moteurs existants.
Cependant, ils craignent que la Chine ne saisisse cette opportunité pour rattraper son retard.
« Pékin investit massivement dans le développement et la production de technologies de propulsion efficaces, et ces investissements sont nettement supérieurs aux nôtres du point de vue de la propulsion, ce qui leur permet de combler l'écart », a déclaré John R. Sneden, directeur de la propulsion du Life Cycle Management Centre de l'US Air Force, dans une interview accordée au magazine Air & Space Forces en août 2023.
« Nous perdons notre avance en matière de propulsion au profit de la Chine », a-t-il ajouté.
Jeudi, la Chine a mis en place des restrictions à l'exportation sur les composants sophistiqués des moteurs à réaction, les équipements de fabrication et les technologies ayant des applications militaires potentielles. Selon les données douanières chinoises, les États-Unis ont été le premier acheteur de produits aérospatiaux chinois au cours des quatre premiers mois de l'année.
La Chine est depuis longtemps à la traîne des États-Unis en matière de technologie des moteurs d'aviation - jusqu'à 30 ans selon certaines estimations. Ce n'est que récemment que l'armée de l'air de l'APL a lancé le service du moteur WS-15 sur l'avion furtif J-20 - tandis que son homologue américain, le moteur F119 sur le chasseur F-22, a commencé sa production dans les années 1990.
Mais à mesure que la fabrication des moteurs passe des méthodes traditionnelles à l'impression 3D, l'écart disparaît rapidement.
En décembre 2022, GE a annoncé un cadre central de turbine fabriqué par impression 3D laser. Un an plus tard, l’équipe de Zhang a présenté son article, présentant un composant plus grand et plus complexe que celui de GE.
Avec des collaborateurs de la Northwestern Polytechnical University, un institut de recherche de défense chinois de premier plan approuvé par les États-Unis, l’équipe de Zhang a réalisé cet exploit avec un composant géant appelé le boîtier intermédiaire. D’un diamètre de plus d’un mètre, il présente des rainures bioniques de seulement 15 à 35 micromètres de profondeur, soit plus fines qu’un cheveu humain.
Il était auparavant considéré comme impossible de fabriquer un composant en alliage dur aussi grand à l’aide d’une imprimante 3D tout en maintenant une précision à une échelle aussi fine.
Le boîtier intermédiaire doit résister à l’impact des gaz à haute pression et à haute température tout en transmettant la poussée et le couple du moteur à l’avion. Bien qu'il ne mesure que 3 mm (0,11 pouce) à son point le plus fin, il peut supporter plus de 10 tonnes de charge, ce qui pose d'importants défis de conception et de fabrication.
Le carter intermédiaire est le composant structurel porteur le plus important et le plus complexe d’un moteur d’avion. Il relie non seulement le ventilateur d’admission avant du moteur et le compresseur, mais sert également de liaison entre le moteur et le fuselage de l’avion.
Le carter intermédiaire doit résister à l’impact des gaz à haute pression et à haute température tout en transmettant la poussée et le couple du moteur à
l’avion.
Bien qu’il ne mesure que 3 mm (0,11 pouce) à son point le plus fin, il peut supporter plus de 10 tonnes de charge, ce qui pose d’importants défis de conception et de fabrication.
Un prototype de robot imprime en 3D des biomatériaux à l’intérieur du corps humain, réduisant ainsi les risques chirurgicaux
En utilisant la technologie d’impression 3D courante et un logiciel commercial, l’équipe de Zhang a créé un prototype 25 % plus léger que les moulages traditionnels, mais suffisamment solide pour résister à des impacts tels que les impacts d’oiseaux.
Les tests en laboratoire confirment qu’il « répond aux exigences de propriétés mécaniques, de réduction de poids et de fabricabilité », ont écrit Zhang et ses collègues.
Mais les chercheurs ont noté que la technologie d’impression 3D fait encore face à des défis considérables pour atteindre la production de masse.
Bien que la technologie actuelle de fabrication additive par fusion laser ultra-rapide ait atteint une précision de 3 micromètres, les contraintes et déformations causées par le chauffage et le refroidissement rapides pendant le processus de fusion et de solidification du matériau posent toujours des problèmes aux usines.
Malgré cela, les chercheurs pensent que cette technologie va révolutionner l'industrie aéronautique dans un avenir proche.
« Les pales de ventilateur creuses ne se limiteront plus aux structures traditionnelles en nid d'abeille ou en treillis, mais pourront adopter des squelettes internes optimisés topologiquement combinés à des structures en treillis ou même à des métamatériaux. Le taux de creux peut être augmenté à plus de 45 %, et il devrait avoir une meilleure résistance aux chocs », a écrit l'équipe de Zhang dans l'article.
En intégrant la conception et la technologie de fabrication additive, des pipelines et des canaux de refroidissement peuvent également être intégrés dans le boîtier pour améliorer les performances de refroidissement, ont déclaré les scientifiques.
« En utilisant des alliages à mémoire de forme, nous pouvons également concevoir et fabriquer des buses d'échappement intelligentes avec des fonctions de réglage adaptatif, éliminant ainsi les structures mécaniques complexes et obtenant une réduction significative du poids structurel », ont-ils ajouté.
Pioneering ‘shark skin’ tech could propel China ahead of US in jet engine race
Breakthrough structure developed by Chinese scientists could threaten America’s dominance of engine technology.
www.scmp.com
Dernière édition:
