Co-conception d'un micro-turbojet qui économisera 15% de kérosène

Entre 2019 et 2022, l’ONERA a co-conçu avec la société Z-Air un nouveau type de compresseur et de turbine de micro-turbojet qui consommera jusqu’à 15% de moins de kérosène. Cette innovation rendue possible grâce aux travaux de modélisation numérique et de simulation aérodynamique de l’ONERA apporte de nouveaux arguments en faveur du développement de ces moteurs dans la propulsion de drones et de véhicules pilotés légers.

Le micro-turbojet est un turboréacteur monoflux de poussée inférieure à 100 kg. Ce type de moteur a notamment été popularisé par son utilisation dans les engins volants de Franky Zapata et de sa société Z-Air. Entre 2019 et 2022, Z-Air, l’ONERA et Polyshape ont conçu un micro-turbojet d’une poussée de 40 kg dans le cadre du projet TZR soutenu par la Direction générale de l’armement (DGA). Ce nouveau modèle a montré, comparé aux modèles commerciaux préexistants, une amélioration significative en termes de fiabilité, facilité de maintenance et de performances.

Cette collaboration avec Z-Air et Polyshape a permis d’aller jusqu’à la fabrication, aux essais du prototype. Conformément aux simulations de l’ONERA, des gains en termes de consommation de plus de 10% par rapport aux moteurs antérieurs ont été obtenus. L’utilisation des dernières formes de turbine, optimisées en fin de projet, pourrait encore permettre de diminuer la consommation de 4 à 6% selon les simulations de l’ONERA.

Une optimisation des performances permise par les outils de modélisation et de simulation de l’ONERA

Le travail de l’ONERA s’est essentiellement concentré sur la conception et l’optimisation aérodynamique du compresseur centrifuge et de la turbine du moteur. Pour réaliser cette conception, l’ONERA a développé un modèle numérique complet du moteur, reposant à la fois sur des simulations aérodynamiques RANS 3D et sur des modèles simplifiés. Cette modélisation a permis de réaliser le design et l’optimisation aérodynamique des composants dans leur environnement complet.

L’ONERA est parvenu à optimiser le rendement aérodynamique du compresseur et de la turbine en mettant à profit le logiciel elsA et la méthode adjointe. Cette méthode a l’avantage de rendre le coût du processus d’optimisation indépendant du nombre de paramètres de forme utilisés. Son utilisation est néanmoins encore embryonnaire dans le domaine des turbomachines et cette démonstration représente donc une avancée importante pour une utilisation industrielle sur des machines complexes avec un grand nombre de paramètres de design.

Crédit photo en Une : ONERA/Z-Air