La motorisation électrique dans l'aviation de loisir Retour d'expérience pour le secteur nautique par Anne Lavrand Société ELECTRAVIA Journée technique - Jeudi 5 février 2009 Nautisme & Prospective "Quels modes de propulsion pour demain?"
La société ELECTRAVIA conçoit, développe et commercialise : - des groupes motopropulseurs électriques destinés à l'aviation de loisir et aux drones (gamme E-MOTORS : de 750 W à 100 kw) - plusieurs aéronefs écologiques équipés de ces motorisations propres et silencieuses : ULM, motoplaneurs, drones, avions - des solutions de motorisations électriques embarquées dans des domaines hors aéronautique
Electra : 1er avion électrique au monde 1 er vol : 23 décembre 2007 Démonstrateur monoplace - Autonomie : 48 mn Moteur électrique 26 cv - Batteries LiPo 6 kwh
ElectroTrike : 1er ULM pendulaire à moteur électrique Autonomie : 45 mn Moteur électrique de 26 cv - Batteries Li-Po 3 kwh Commercialisation : juin 2008
Alatus-ME : motoplaneur électrique Autonomie : 1h07 Moteur électrique de 26 cv - Batteries Li-Po 3 kwh Commercialisation : janvier 2009
ElectroLight & ElectroClub
Autres produits ELECTRAVIA - groupes motopropulseurs électriques - batteries LiPo (+ électronique)
FIABLE ECONOMIQUE MOINS BRUYANT EXCELLENT RENDEMENT SANS MAINTENANCE SANS EMISSION DE CO2 TRES SIMPLE A INTEGRER ET A UTILISER SANS INCIDENCE DE L ALTITUDE le moteur électrique est parfaitement adapté à l'usage aéronautique
BREF HISTORIQUE DE LA MOTORISATION ELECTRIQUE DANS L'AVIATION Avant 1960 : rien aucun système de génération ou de stockage d'énergie embarquable Depuis 1960 : plus de 70 projets d'aéronefs à moteur électrique (prototypes), surtout équipés de cellules solaires Depuis 1998 : développement des batteries Li-Ion => planeurs Depuis 2007 : arrivée des batteries Li-Po => ULM, avions, motoplaneurs
Groupe motopropulseur électrique système de génération d'énergie convertisseur moteur hélice Instruments batteries cellules photovoltaïques continu / alternatif continu / continu brushless brushed pile à combustible
MOTEURS BRUSHED - Moteur disque à balais à aimants à courant continu - Technologie très fiable - Nécessite peu de maintenance (changement charbons au bout de 3.000 h) - Masse : 500 g / cv - Durée de vie > 30.000 heures - Rendement : 93 % - Prix : env. 100 du kw (idem moteurs thermiques aéro de même puissance) MOTEURS BRUSHLESS - Moteur sans balais à courant alternatif - Pas de maintenance - Technologie bien connue des modélistes et fonctionnant bien pour les modèles réduits (petite puissance) - Masse : moins de 100 g / cv - Durée de vie : 5 à 8.000 heures - Rendement : 86 % - Prix élevé : 140 le kw A noter : Pour des puissances > à 5 kw, les deux technologies sont très comparables
CONVERTISSEURS 1/ Convertisseur pour moteur brushed : Simple : continu - continu Rendement : environ 99% Simple à mettre au point 2/ Convertisseur pour moteur brushless (puissance > à 5 kw) : Plus complexe : continu alternatif Forte intensité + faible surface de dissipation = montée en température très rapide Moins bon rendement que le précédent (88% en moyenne) Complexe à concevoir
INSTRUMENTATION Deux informations indispensables : - la capacité restante dans les batteries (idem jauge carburant) - la température du moteur D'autres indications : - ampèremètre = débitmètre - voltmètre = compte-tours
HELICES Optimiser les hélices est indispensable pour : - Exploiter au mieux l'excellent rendement des moteurs électriques - Réduire les nuisances sonores - Obtenir une hélice spécifiquement dimensionnée pour moteurs électriques (efforts et contraintes différents / moteurs thermiques)
SYSTEMES DE GENERATION D'ENERGIE PHOTOVOLTAÏQUE Solution extrêmement séduisante, mais hélas : - Puissance rayonnement solaire insuffisant avec les cellules actuelles - Masse importante - Coûts élevés Convient à des expérimentations comme Helios ou Solar Impulse mais pas à une utilisation généralisée dans l'aviation de loisir l'avenir dépend des cellules
SYSTEMES DE GENERATION D'ENERGIE PILE à COMBUSTIBLE Une voie intéressante, mais : - Système encore à mettre au point - Masse importante des réservoirs et problème d'étanchéité - Coûts très élevés - Ravitaillement à prévoir en H2 - Facteurs humains Expérimentations en cours : Boeing, Lange, Enfica-FC Une solution sur le marché dans 10 15 ans?
SYSTEMES DE STOCKAGE D'ENERGIE BATTERIES pour l aviation, c'est aujourd'hui la seule solution opérationnelle mais : - Énergie massique encore faible - Coût encore élevé à l achat initial Les progrès viendront grâce au développement des véhicules électriques terrestres
Batteries : énergie massique Li-Po 2 170 Li-Ion 2 150 Li-Po 1 120 LMP Na-S 107 110 Li-Ion 1 90 Na-NiCl 85 Ni-Zn 80 Ni-Cd 50 Pb 30 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Wh/kg Batteries : évolution Evolution Energie massique Accumulateurs 800 700 600 500 400 300 200 100 LiPo 2 ème génération (Aujourd'hui) 0 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 Années
BATTERIES Lithium - Polymère Performantes Fiables Coût abordable Disponibles - Energie massique : entre 130 et 170 Wh/kg - Nombre de cycles de vie > à 1.000 - Tension nominale / élément = 3,7 V - Batteries type industriel (gestion électronique - BMS & PCM) - Coût = 1.600 HT du kwh - Plusieurs fournisseurs (Asie)
Aujourd'hui la motorisation électrique permet d'équiper des aéronefs : - nécessitant peu de puissance (20 à 80 cv) - ayant une bonne finesse (pour augmenter l'autonomie) - ayant une charge utile importante (masse batteries) Demain, les progrès des batteries permettront d'augmenter la puissance des moteurs et l'autonomie des vols
Retour d'expérience : moteurs électriques / thermiques - Meilleure fiabilité - Meilleur rendement énergétique - Pas de vibrations - Très grande facilité d'utilisation - Ergonomie identique pour le pilote
Caractéristiques Motorisation Electrique Caractéristiques Usage Motorisation Electrique Aéronautique Nautique Fiable +++ + Economique +++ +++ Silencieuse ++ + Rendement excellent ++ ++ Sans maintenance ++ +++ Sans émissions de CO2 + + Facilité d'utilisation ++ +++ Simplicité d'intégration ++ ++ Incidence de l'altitude ++ n.a. Régénération n.a. ++
Retour d'expérience : batteries LiPo pour l'utilisation nautique Energie massique : 5 x mieux que le Pb Densité volumique : 3 x mieux que le Pb Pas d'auto-décharge
MERCI DE VOTRE ATTENTION
Intervenante : Anne Lavrand - ELECTRAVIA ELECTRAVIA Le Village 05140 Saint Pierre d'argençon France Contact : Anne Lavrand, gérante Tel : +33 (0)4 92 57 99 40 Fax : +33 (0)4 92 57 99 41 Email : infos@electravia.fr Sites Internet : www.electravia.fr et www.e-motors.electravia.fr