SW_ELOISE

Call number
31
Engine LOop heat pipe In Severe Environment
Strategic focus
Metallic Alloys & Processes
Embedded Systems
Modeling & Simulation
Industries

Calyos

Deltatec

V2I

Open Engineering

Q Square

Safran Aero Boosters

Safran Electronics and Defense (FR)

Liebherr Aerospace (FR)

Hutchinson (FR)

Research bodies

CENAERO

MatriaNova

ULB

Total budget

3.7 M€

Project type
R&D

La gestion thermique est un enjeu essentiel pour l’aéronautique.  Alors que l’environnement aéronautique se caractérise par des exigences importantes, en termes de fiabilité, performances, durée de vie et maintenabilité, l’évolution des architectures tend vers des solutions de plus en plus électriques en remplacement des solutions pneumatiques et hydrauliques. Cet accroissement des « sources chaudes » est à mettre en relation avec une réduction des sources froides qui s’explique d’une part par les besoins de performances (par exemple aérodynamique) mais également par la suppression des circuits pneumatiques et hydrauliques qui assuraient une fonction de transfert d’énergie. Cette tendance va s’accroitre avec les nouvelles architectures de propulsion, en particulier les moteurs à haut taux dilution, la propulsion hybride et la propulsion électrique. Il est à noter que les fluides disponibles en aéronautiques sont limités : majoritairement l’air, l’huile, le kérosène.

Cette évolution implique aussi une capacité de transfert importante et constante sur la durée de vie du système.

C’est pourquoi ce marché est demandeur des innovations technologiques qu’apporte la technologie de refroidissement passif pour plusieurs raisons. Jusqu’à présent ces solutions passives étaient très peu répandues dû aux limitations des heatpipes (en particulier : capacité de transfert, gravité, puissance). La capacité de transfert doit être importante et constante sur la durée de vie du système.

Les systèmes innovants passifs développés par Calyos telle la LHP (Loop Heat Pipe - Figure 2) peuvent répondre à ces besoins : fiabilité dans un environement sévère, durée de vie, performance, intégration et maintenabilité. Cependant cela n’a jamais été réalisé car à l’heure actuelle il n’existe pas de technologies  passives certifiées en aviation civile. Cela s’explique par les exigences de l’environnement au niveau thermique (hautes températures >100°C), au niveau mécanique (accélération, gravité et niveaux vibratoires), et au niveau intégration (distance de transport, position du système). Le projet ELOISE ambitionne de démontrer que la technologie de boucle passive diphasique Calyos est innovante et disruptive pour l’aéronautique et qu’elle représente une solution alternative credible pour les donneurs d’ordre. Pour cela, nous devons lever les verrous technologiques et monter la technologie vers un niveau TRL4.

 

En particulier, les électroniques visées par le projet fonctionnent dans un environnement thermique très exigeant allant de -50 à 300°C avec un espace extrêmement confiné entre le moteur et la nacelle, couplé à de rares sources froides disponibles pour assurer la gestion thermique. Or le système diphasique couplé aux solutions hybrides de ce projet pourrait etre adapté à cette exigence spécifique, alors que d’autres technologies y sont difficiles à mettre en œuvre, notamment parce qu’elles permettent de transférer l’énergie à une paroi froide existante sans nécessiter de conduit ou d’échangeur de chaleur. Il libérera les performances potentielles d’un système nouveau ou existant dans l’aéronautique en déverouillant des solutions de gestion thermique innovantes.

L’objectif est donc de de démontrer définitivement la crédibilité de la technologie et d’augmenter la maturité (TRL2 à TRL4) afin d’accélérer son entrée sur le marché aéronautique. Pour y parvenir nous devons travailler sur plusieurs défis technologiques :

  • Identifier, etudier et caracteriser  des fluides et matériaux dont le fonctionnement se fera à des temperatures oscillant entre 100 et 200°C selon les cas, avec un environnement thermique proche des 300°C.
  • Rechercher et étudier les nouvelles architectures de boucles diphasiques compatibles des contraintes aéronautiques
  • Rechercher et définir les modèles physiques, les lois de fonctionnement de tels systèmes
  • Rechercher les solutions hybrides complémentaires au boucles diphasiques qui apporteront un avantage technologique
  • Etudier et proposer des concepts repondant aux cas proposés par les donneurs d’ordre. Ces solutions n’ayant jamais été developpées nécessiteront de valider les points précedents pour permettre de relever un tel défi – en tenant compte des contraintes aéronautique (poids, LSU..).
  • Etude et recherhe sur des moyens d’essais pertinents permettant de valider la faisabilité d’une telle technologie innovantes en se focalisant sur les zones/points d’intérêts déterminés à l’aide de simulations numériques avancées ;
  • Concevoir, fabriquer et tester des démonstrateurs en laboratoire. Nous appliquerons des paramètres multiples (thermiques, vibratoire, accélération par exemple) permettant de demontrer la viabilité du concept.
  • Proposer à nos donneurs d’ordre des outils leur permettant d’appréhender le dimensionnement de tel systèmes recalés sur les essais laboratoires.
  • Etudier la normalisation et la certification de tels solutions passives sur le marché aéronautique (solution non existante sur le marché axctuellement).

Pour y parvenir, le Consortium d’ELOISE est extrêmement complémentaire :

  • 2 fournisseurs de technologie :
    • Calyos prend en charge les technologies LHP, qui constituent le cœur technologique du projet
    • Deltatec étudie les autres technologies d’évacuation thermique qui vont participer aux solutions hybrides
  • 2 sociétés d’électronique (Deltatec et Safran Electronics & Defence), qui vont pouvoir architecturer puis mettre en œuvre les systèmes électroniques exploitant les solutions thermiques étudiées
  • 1 fournisseur de système de transfert de fluide fonctionnel (Hutchinson) que CALYOS intégrera dans ses  solutions
  • 2 partenaires qui étudieront les solutions d’essais environnements et réaliseront des tests environnementaux sur les démonstrateurs (V2i et ULB)
  • 1 partenaires qui étudiera et recherchera les fluides et leur compatibilité (MATERIA NOVA)
  • 1 partenaire prenant en charge le développement d’un outil de préfaisabilité client (Open Engineering)
  • 1 partenaire prenant en charge la modélisation thermophysique élementaire des boucles diphasiques (Cenaero)
  • 1 société en charge des apsects liés à la certification des produits issus de la recherche (Qsquare)
  • 4 partenaires internationaux qui vont exploiter les technologies issues du projet : Liebherr Aero, Safran Aero Boosters et Safran Electronics & Defence , Hutchinson.

Ce consortium démontre une ouverture importante vers l’international avec des donneurs d’ordre de premier rang qui font face à des défis majeurs. Les partenaires wallons de ce projet auront une opportunité de démontrer leur valeur ajoutée au travers de ce projet.

 

Les marchés visés sont prioritairement liés au secteur aéronautique. Mais les résultats de ce projet seront transposables (qui peut le plus, peut le moins) aux secteurs de l’automobile (croissance importante des véhicules électriques et hybride), de l’énergie (conversion de puissance pour le solaire et l’éolien) et de la défense.

Vu le nombre très restreint de compétiteurs, de surcroit actif dans le monde aéronautique, Calyos vise une position de leader technologique dans le secteur des sytèmes passifs européens ; ce qui est tout à fait envisageable dès l’instant où ce projet démontrera la levée des verrous technologiques et la credibilité de la technologie et des systèmes de boucle diphasique

Les livrables du projet seront:

  • Le rapport sur les états de l’art et les possibilités de transposition au domaine aéronautique
  • Etude exhaustive et caracterisation des fluides et matériaux à température >100°C
  • Le rapport sur les états de l’art et caractérisation de l’architecture des boucles diphasiques
  • Une spécification d’architecture pour chacun des cas étudiés
  • Un rapport de test d’intégration des composants Hutchison
  • Un premier modèle physique appliqué aux boucles diphasiques
  • Etude et recherhe sur des moyens d’essais multiphysiques
  • Proof of Concept d’un module logiciel de préfaisabilité orienté client pour les solutions diphasiques
  • Deux démonstrateurs de système de refroidissement passif pour le concept ‘ECS’
  • Un démonstrateur de système hybride pour le concept ‘électronique d’équipement moteur’
  • Deux démonstrateurs de système de refroidissement passif pour le concept ‘FADEC

Enfin ce projet permettra est très orienté à l’internationale avec un partenariat comportant non moins de 3 partenaires étrangers. Cette ambition se traduit par une création de valeur importante