Transformer le vol électrique en réalité

L’aviation représente environ 2,5 % des émissions mondiales de CO ² et les ingénieurs aéronautiques du monde entier s’efforcent de transformer le vol en une entreprise plus propre et plus verte. Le vol électrique, cependant, nécessite une innovation continue dans deux domaines importants : des batteries plus légères et plus denses en énergie et une friction mécanique réduite.

Il y a des progrès sur le front des batteries sous la forme de batteries au lithium et au graphène à l’état solide. Sur le front de la réduction des frottements, les travaux récents de Timken sur les systèmes d’entraînement de véhicules électriques (VE) terrestres et son solide héritage de produits aérospatiaux en font un partenaire idéal pour faire progresser le vol électrique.

« Nous sommes au tout début de cette révolution, et Timken est un partenaire privilégié pour de nombreux avionneurs de premier plan », déclare Ryan Evans, directeur de la recherche et du développement chez Timken. « Nos technologies de produits aérospatiaux, y compris les traitements thermiques spéciaux, les choix de matériaux et le savoir-faire tribologique, nous donnent une longueur d’avance sur les problèmes de réduction des frottements inhérents au vol électrique. »

Dr Ryan Evans
Directeur, Recherche et développement

Le Dr Ryan Evans est directeur de la R&D pour The Timken Company. Président de la Society of Tribologists and Lubrication Engineers (STLE) (2022-23) et ASM Fellow, Evans a apporté des contributions significatives dans les domaines des revêtements en couches minces, de la lubrification, de la caractérisation des matériaux avancés et de la tribologie au sein du département R&D de Timken. Il est l’auteur de plus de 40 publications techniques et détient 14 brevets.

« Les produits Timken résistants à l’usure, à gestion thermique, à grande vitesse, à haute densité de puissance et à forte charge correspondent parfaitement à ce que les concepteurs d’avions recherchent. »

Mike Gromosiak
Chef de produit Aéronautique

Mike Gromosiak est chef de produit aérospatial pour The Timken Company. Ancien ingénieur en chef du mobile sur autoroute, Gromosiak possède une vaste expérience dans l’industrie automobile, y compris la transition mondiale croissante vers les véhicules électriques. Aujourd’hui, il applique cette expertise à un autre marché centenaire de Timken : l’industrie aérospatiale.

« La tribologie des couples de matériaux est un autre domaine où nous proposons une expertise importante. Dans notre laboratoire de rhéologie, nous avons cartographié les lubrifiants pour le segment de marché des véhicules électriques, ainsi que pour les moteurs à réaction. »

Vol électrique jusqu’à présent

Les avions à énergie solaire ont fait les gros titres occasionnels depuis les années 1980, mais il s’agissait principalement d’avions expérimentaux ou d’entraînement à une ou deux places.

Les hélicoptères ont évolué plus rapidement. Aujourd’hui, de grandes entreprises du monde entier travaillent sur des engins électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL) à quatre places pour la mobilité aérienne urbaine. Le plus gros obstacle semble être le développement de l’infrastructure et de la réglementation du trafic aérien pour rendre ces taxis aériens de style Jetsons sûrs pour les voies aériennes publiques.

En 2022, la startup aérospatiale Eviation a introduit le vol électrique sur le marché régional avec Alice, son avion de banlieue à neuf places. Après un voyage inaugural réussi, la société a reçu des centaines de commandes dans le monde entier, avec une certification et des livraisons prévues en 2027.

Les technologies habilitantes de Timken

La réduction des frottements est depuis longtemps le principal moteur de l’activité de Timken, c’est pourquoi Evans et ses collègues considèrent le vol électrique comme l’une des nombreuses avancées majeures auxquelles l’entreprise a participé depuis sa création.

Pendant près de 40 ans, les ingénieurs de Timken ont travaillé pour augmenter la densité de puissance des roulements , d’abord pour les véhicules conventionnels et hybrides et maintenant pour les véhicules électriques. Cette technologie joue également un grand rôle dans l’aérospatiale. « Les produits Timken résistants à l’usure, à gestion thermique, à grande vitesse, à haute densité de puissance et à forte charge correspondent parfaitement à ce que les concepteurs d’avions recherchent », déclare Evans.

Les nouvelles conceptions de roulements en deux parties et de roulements hybrides en céramique pour l’aérospatiale sont des catalyseurs technologiques supplémentaires, particulièrement adaptés aux espaces restreints et aux normes de réduction de poids requises pour les avions électriques. « Le passage aux rouleaux en céramique vous permet de réduire de 16 à 17 % la masse, et il tient dans le même espace qu’un roulement en acier », explique Mike Gromosiak, chef de produit aérospatial chez Timken.

« La tribologie des paires de matériaux est un autre domaine dans lequel nous offrons une expertise importante », déclare Gromosiak. « Notre laboratoire de rhéologie de classe mondiale a déjà cartographié les lubrifiants pour le segment de marché des véhicules électriques, ainsi que pour les moteurs à réaction. »

Evans et Gromosiak mentionnent également les solutions de validation et de test des produits de Timken. « La vitesse est importante lorsque vous développez de nouvelles technologies, et nos bancs d’essai à grande vitesse peuvent accélérer le processus pour les clients en fonctionnant à des vitesses d’application réalistes », déclare Evans. Timken travaille également sur un modèle hybride de calcul de la durée de vie des roulements.

L’avenir du vol électrique

Evans a hâte de voir les avions électriques révolutionner le vol commercial et réduire son empreinte carbone au cours des prochaines décennies. « Il y aura une évolution d’échelle », dit-il, « des drones aux taxis aériens en passant par les avions de banlieue et peut-être même un jour les gros jets de passagers. »

« Je vois une demande pour des produits hautement techniques et des pièces mécaniques pour le faire fonctionner », dit-il. « Au fur et à mesure que nous éliminons les frictions et réduisons les composants, les besoins en batterie diminuent et c’est une excellente direction pour tout le monde. »

Découvrez l’histoire de l’innovation aérospatiale de Timken.

Published: 2023/02/2