Propulsion électrique / recherche des données de vols (vitesse, Vz, consommation, ...)

Bonjour,

je suis enseignant-chercheur à l’Université de Nantes. Mon domaine de compétence est le diagnostic des moteurs électriques et des systèmes de stockage énergétique (pile H2, supercondensateur, batterie lithium).

Dans le cadre d’un projet de R&D, je développe actuellement un pack batterie à charge très rapide (3C) et à coût abordable pour un véhicule de livraison de centre ville (pour assurer les derniers km en zone urbaine). Normalement, ce travail devrait déboucher sur le dépôt d’un brevet pour un BMS innovant (Batterie Management System) que j'espère exploiter.

Etant par ailleurs vélivole et depuis 1 an pilote ULM, j’ai constaté que l’ULM se prête bien à l’électrification (pression des riverains en raison des nuisances sonores, profil de puissance/énergie, etc.) pour deux usages : remorquage planeur + écolage. Le principe étant de compenser la faible autonomie par du biberonnage (entre deux remorqués, ou entre deux leçons) comme cela se fait pour certains bus ou tramway électriques.

J’envisage de créer une startup d’ici 2 à 3 ans pour la réalisation d'un kit de propulsion électrique correspondant :
1. Dans un premier temps à :
- un moteur électrique (EMRAX 268)
- un pack batterie de 20 à 30 kWh
- l’électronique de pilotage (convertisseur DC/DC et onduleur)
- le châssis moteur (+ stockage + électronique)
2. Dans un second temps, à l’ajout d’un prolongateur d’autonomie à stockage hydrogène (en effet, d'ici 2 à 3 ans, les sous-traitants automobiles de premier comme Faurescia ou Platsic Omnium devrait fournir des composants hydrogène à coût enfin abordable).

Le MCR 4S se prêtera particulièrement bien la propulsion à stockage hydrogène (réservoirs hydrogène volumineux pouvant être stockés à l’arrière).

J’en viens à ma demande : je suis à la recherche d'un propriétaire de MCR équipé d’un système d’enregistrement de données de vol (type EFIS MGL) qui accepterait de me fournir des données (consommation, vitesse, position, ...) pour des tours de piste (voire des séquences de remorquage, mais là je pense que je rève !), ce qui me permettrait :
- d’évaluer de façon précise la puissance nécessaire au niveau de l’hélice pour différentes missions,
- et de pouvoir simuler le Système-Energie-Propulsion afin d'optimiser le dimensionnement du stockage énergétique et des convertisseurs/onduleur.

Je peux évidemment fournir plus d'explications au téléphone : 06 31 87 85 50

En vous remerciant d’avance.

Bien cordialement

Emmanuel Schaeffer
Université de Nantes
06 31 87 85 50

Bonjour Emmanuel,

Je suis l'heureux constructeur et propriétaire d'un MCR01 Sportster basé à Cholet. Il est équipé d'un moteur Rotax 100 hp avec une hélice à pas fixe réglable au sol. Mon EFIS est un MGL Voyager. Cet EFIS est effectivement muni d'un enregistreur de données de vol dont je me suis beaucoup servi pendant la mise au point et les réglages de l'avion.

Je peux déjà te transmettre quelques anciens fichiers d'enregistrements ainsi que l'outil MGL qui permet de visualiser les données ou de les exporter dans un format .csv exploitable avec Microsoft Excel. Nous pourrons aussi, effectuer d'autres enregistrements au cours de vols plus spécifiquement adaptés à ton besoin... Je ne pourrai malheureusement pas effectuer de remorquage...

Si tu peux m'envoyer ton adresse mail par message privé, je te transmettrai les fichiers.

Cordialement

Alain

Emmanuel,

J'ai envoyé les fichiers par WeTransfer.
A ta disposition pour plus d'infos.

Alain

Bonjour Emmanuel et à tous,

Biberonnage, voilà un terme bien adapté à la jeunesse de l'aviation électrique  
Et peut être bien adapté tout court …

Ces temps ci, on voit beaucoup d'avions électriques … dans les revues. Ce mois-ci, Aviation et Pilote s'extasie (4ème de couv oblige !) sur l'ALPHA ELECTRO et Vol Moteur sur le SKYLEADER SL 400.

J'ai fait un petit mot à A & P qui n'aura peut être pas l'honneur du courrier des lecteurs dans lequel je dis, entre-autres choses :
« La trottinette électrique augmente considérablement le range d'un piéton, idem pour le vélo électrique, véritable substitut à la voiture (pour l'instant potentiel) qui peut transformer en cyclistes des personnes qui ne l'auraient jamais imaginé. La voiture électrique peut facilement remplacer son homologue à pétrole pour un usage standard qui n'est pas de faire 6 ou 700 km d'une seule traite.
Mais, ceux qui ont eu la chance d'écouter lors du rassemblement RSA de Brienne le Château, la passionnante conférence consacrée aux batteries, savent ou ont pu vérifier que pour un bout de temps encore, la petite aviation électrique c'est « No future ! ».
Les contraintes à respecter pour faire voler une machine volante de façon opérationnelle, mises en face de la dure réalité des lois de la physique, sont les raisons de ce verdict. Pour faire court, l'extraordinaire densité énergétique des hydrocarbures met la barre trop haut pour le moment et certainement pour un bout de temps … »
Si les versions électriques ou plutôt électrifiées (la nuance compte) des autres moyens de transport « font le job », les versions électrifiées des avions ne le font pas. Un avion c'est d'abord fait pour aller vite et loin !

Alors reste la piste des avions école qui font des ronds (ou plutôt des rectangles ) autour de leurs terrains. L'ALPHA ELECTRO se positionne sur ce créneau et la FFA serait fana de la chose …
Un avion école c'est la mule d'un aéro-club, il fait couramment entre 400 et 600 heures de vol par an (7 à 800 vols) concentrés sur les jours fastes où il peut faire une douzaine de vols.
Dans mon petit topo à A&P j'exprimais un petit doute :
« Les Présidents d 'Aéro Clubs qui marchent bien (condition sinequanone pour se lancer sur cette piste) auront vite fait de mettre les possibilités de cet Alpha Electro en face des carnets de route de leurs avions école. Ils concluront forcément que c'est au moins 2 (sinon 3) Alpha Electro qu'il faudrait pour en remplacer un seul. La piste du « pack batterie » que l'on change en un clin d’œil semblant fermée, il paraît difficile d'aboutir à une autre conclusion. »
Le remplacement minute du pack batterie a connu ses heures de gloire avec BETTER PLACE et Carlos GHOSN le « visionnaire » PDG de RENAULT qui s'est fait plumer comme un vulgaire petit porteur ….
Donc dans ce contexte, le Biberonnage semble avoir du sens.

La « solution » BETTER PLACE ne tenait pas la route, même pas sur le papier, au vu de la monstruosité des infrastructures à mettre en place et que personne n'aurait voulu payer. Le Biberonnage n'est pas exempt, dans une moindre mesure, de ce risque.
Les puissances en jeu ne sont pas communes. Le moteur que tu cites peut sortir 100 KW en continu. Admettons que pour le montage sur un biplace école électrifié on limite la puissance à 60 KW, en volant à 50 % de la puissance max (tours de piste) on aura une heure d'autonomie avec une batterie de 30 kWh. Avec une leçon standard d'une ½ heure on consommera la moitié de la capacité de la batterie et avec une batterie capable de se recharger avec un courant triple de son courant de décharge (3C) on refera le plein en 10 minutes.
Dans ces conditions, l'avion électrifié va pouvoir enchaîner les vols comme son collègue qui fume …
Ce n'est bien sûr qu'un calcul de coin de table, mais qui doit être proche de la réalité. Et si ce n'est pas le cas, merci de rectifier.

Tout cela marchera si on a une borne de recharge qui peut « sortir » 100 KW en continu. Ce genre d'installation n'est pas anodin car les contraintes de sécurité sont fortes et … il faut avoir le raccordement au réseau électrique qui va bien et qui est très différent de celui qu'ont les aéro-clubs en général.
Une donnée sera importante à connaître, c'est le nombre de biberonnage qu'une batterie pourra supporter sans dégradation gênante de ses performances …
Et bien sûr dans ce cas on ne parle pas d'aviation verte, mais juste du soin apporté aux oreilles des urbains en déplaçant la pollution loin de leurs narines ….

Plus généralement, tant qu'on se contentera d'électrifier des versions à pétrole, les avions et les voitures électriques butteront contre le poids et le prix de l'énergie électrique embarquée. A ce jour, seuls les planeurs motorisés pourraient tirer leur épingle du jeu, car ils sont déjà très performants sur le plan aérodynamique et peuvent se contenter d'une faible fraction motorisée de leurs vols.

Si on veut faire un avion école électrique, il faut oublier ceux qui volent actuellement avec une porte de garage de chaque coté du fuselage  

Si on veut faire un avion silencieux, il faut que les constructeurs réalisent que l'ère de l'échappement libre est terminé et que le bruit des voitures modernes est essentiellement le bruit du roulement sur le bitume ..

Michel

Bonsoir Michel,

l'avion électrique fait toujours couler beaucoup d'encre...
Je suis d'accord avec presque tous les points que tu développes, sauf un : l'aviation électrique a un futur... parce que les composants de la chaine de conversion (moteur, pile à hydrogène, batteries, onduleur, convertisseurs DC/DC) sont des composants intrinsèquement simples et/ou robustes, sans frottement. A terme, ils remplaceront le moteur thermique, c'est évident pour moi.
Il manque pour le moment un moyen de stockage énergétique adapté. Mais les enjeux de stockage énergétiques sont tellement énormes aujourd'hui avec le développement de la mobilité propre et des ENR que je ne doute pas que l'industrie va développer des solutions d'ici quelques années. La question n'est plus de savoir si on va y arriver, mais quand. L'aviation légère pourra bientôt profiter des briques technologiques développées par l'industrie de l'automobile dont nous connaissons tous la capacité à casser les couts par la production de masse. Je sais par exemple de source sûre que le coût de production d'un système H2 (stockage + pile + moteur + électronique de puissance) sera inférieur à celui d'un moteur thermique d'ici 3 à 4 ans.
J'ai vu tellement de progrès et d'innovations réalisés ces 10 dernières années (en particulier dans l'hydrogène) que je suis convaincu que l'ULM électrique aura une autonomie de 2 à 3 heures d'ici 5 à 6 ans, pour un coût du Système-Energie-Propulsion (SEP) comparable à celui d'un ROTAX.

Pour passer d'une technologie à une autre, il faut quelques fois passer des étapes intermédiaires.
Le biberonnage est une voie que je voudrais explorer ; il y a effectivement deux problèmes majeurs :
> le premier est celui la station de recharge capable de débiter 60 à 100 kW pendant quelques 10 à 15 mins. On ne va évidement pas pouvoir demander au réseau de fournir ces pics de puissance... ENEDIS ne va pas du tout apprécier ! Concrètement, cela signifie un second stockage batterie tampon (par exemple positionnée dans une remorque) dont le coût est d'ailleurs pour le moment largement aussi élevé que celui du de l'ULM (mais encore une fois on va bientôt pouvoir profiter de la baisse du coût des batteries de l'automobile) ;
> le second est celui du vieillissement des batteries... il faut "juste" être capable de bien refroidir les cellules lithium et d'estimer correctement leur état de charge et de santé ... et ça, c'est mon métier ! Si je ne peux pas faire grand chose pour le premier point précédent, ce second point est par contre au coeur de mon activité de recherche, et j'espère pouvoir valoriser mon travail actuel en développant un BMS capable d'assurer un durée de vie acceptable aux batteries chargées/déchargées à 3C.

Emmanuel

Bonsoir Emmanuel et à tous,

Nous sommes d'accord sur la nature des difficultés à surmonter pour biberonner nos machines volantes ...
Mais si l'avenir de l'avion électrique est l'hydrogène, les éléments objectifs en notre possession ne poussent pas à l'optimisme …

Le système H2 (stockage + pile + moteur + électronique de puissance) dont tu parles, qui existe bien et qui pourrait certainement être amélioré, suppose qu'on a de l'hydrogène.
Hors, c'est bien le problème, les différentes façons d'obtenir cette molécule magique (qui brûle sans faire de fumée   ) ont en commun un piètre rendement énergétique (et on ne parle même pas de coût). Il est difficile d'imaginer qu'on puisse partir avec cet handicap pour faire des économies d'énergie.

Je ne peux pas m'empêcher de penser (mais je n'ai pas de preuve   ) que l'idée d'une filière hydrogène remonte à l'époque où on pensait que la fusion nucléaire, c'était quasiment dans la poche. Avec la fusion nucléaire et donc de l'énergie disponible à profusion, le rendement importe peu et le « vecteur hydrogène » était un bon client.
Mais l'idée que la fusion nucléaire puisse nous sortir de notre mauvais pas énergétique a déserté les cerveaux des plus optimistes …

Il est clair que dans une perspective de production électrique renouvelable dont la part devrait être croissante, le besoin de moyens de stockage d'une part et de « vecteur » énergétique d'autre part, va être de plus en plus important.
Pourquoi pas le vecteur hydrogène ... mais il a un concurrent sérieux. C''est le méthane qui peut s'intégrer assez facilement dans les infrastructures existantes, dont on maîtrise depuis longtemps les diverses façons de l'utiliser et qui permet une transition fossile/renouvelable quasiment transparente.

Donc qui vivra verra …

Ceci dit, sur ce forum on est curieux par nature, et friands de technologie. Donc ce que tu fais nous intéresse !

Michel

Bonjour Emmanuel,
Qu’en est il de tes travaux sur l’électrification de l’aérien ?
Je suis très intéressé par ce sujet ; si Michel n’a pas entièrement tort, il n’a pas raison non plus. Pour ma part, je verrai très bien se développer un système hybride a l’image de ce que propose VoltAero avec cependant un moteur thermique qui ne fonctionnerait qu’en mode chargeur. Au vu du poids des moteurs électriques actuels ceci devient de plus en plus plausible.
Un avion très fin, un moteur thermique bicylindre Un pack batterie assurant 20 mn de vol... Ne manque plus qu’un générateur suffisamment léger ! Le moteur pourrait alors se retrouver en partie basse derrière les sièges ce qui nous permettrait d’avoir enfin un avion à ailes hautes doté d’une visi remarquable...
Qu’en dites vous ? Rêverais-je ?

Bonjour à tous,

D'un point de vue technique, l'hybride s'adapterait à des missions bien différentes du "tout batterie". Le système de 'range extender' est en effet adapté à des missions de voyage où le MCR4S excelle. Malheureusement, la conception de cet avion rend cette réalité difficile d'accès puisqu'il faudrait condamner les places arrières pour la batterie (question de centrage et de place !). Donc on sort de la mission principale d'un quadriplace.

Par contre, le tout batterie s'adapterait parfaitement aux missions d'instruction. C'est un projet qui est en cours... Je vais ouvrir un nouveau sujet pour éviter de polluer ce thread lancé par Emmanuel (que je salue pour sa clairvoyance )