LabCom_2022 - V2 - Laboratoires communs organismes de recherche publics – PME/ETI - Edition 2022 - Vague 2

Optimisation des turbomachines par hybridation des procédés de fabrication – TMACH_4.0

Résumé de soumission

Le projet de laboratoire commun TMACH_4.0 s’inscrit dans un projet de recherche global, liant AKIRA Technologies et ESTIA-Recherche dédié à la « Propulsion Aéronautique Innovante » à travers trois thématiques : Hybridation et Electrification, Carburants Alternatifs, Matériaux et Procédés. Ces thématiques répondent à la feuille de route sur les enjeux de demain pour une propulsion aéronautique plus efficiente et moins polluante. TMACH_4.0 s’inscrit dans la thématique « Matériaux et Procédés » et a pour but de développer une activité de recherche autour de la mise en œuvre des matériaux composites et de la fabrication additive dans les turbomachines, en s’appuyant sur l’activité des plateformes technologiques d’ESTIA-Recherche : Compositadour et Addimadour. Les travaux de recherche menés au sein du laboratoire porteront sur les trois axes suivants :
- optimisation du dimensionnement mécaniques de turbomachines par l’apport de degrés de liberté liés à la mise en œuvre des matériaux et des procédés ;
- réduction de l’impact environnemental des turbomachines par l’introduction de matériaux et de procédés alternatifs permettant de réduire les émissions de carbone durant les cycles de fabrication et d’opération ;
- optimisation des processus de conception par le développement de méthodologies de conception / fabrication innovantes couplant la simulation numérique et la validation expérimentale des modèles (Jumeau Numérique).
Pour cela, TMACH_4.0 s’appuie sur les compétences d’AKIRA Technologies dans le domaine de la conception et de l’évaluation des turbomachines et d’ESTIA-Recherche dans le domaine de la conception et de l’optimisation de nouveaux procédés de fabrication.
L’objectif à 10 ans est de proposer des turbomachines de nouvelle génération optimisées vis-à-vis de nouveaux usages et vis-à-vis de nouvelles sources énergétiques. Deux axes de recherche sont envisagés.
Le premier axe concerne l’optimisation de la performance des turbomachines en développant une méthodologie de conception couplant la simulation numérique et la validation expérimentale des modèles, par la mise en place d’une méthodologie commune de R&D. L’originalité principale porte sur un couplage étroit entre une modélisation complète de la turbomachine et la qualification expérimentale du système élémentaire au sous ensemble, pour construire l’équivalent d’un jumeau numérique de la turbomachine tout au long du processus d’innovation, de manière à estimer le gain en performance globale du système.
Le second axe porte sur la remise en cause des procédés usuels de fabrication pour ouvrir une nouvelle voie d’innovation, en concevant des pièces hautement fonctionnelles, dans l’objectif d’augmenter la densité de puissance pour de petites turbomachines. La question posée est d’évaluer si les procédés de fabrication additif ou composite permettent de structurer la matière, pour induire de nouvelles lois de comportement des pièces en fonctionnement. Les travaux auront pour but de mettre au point un processus hybride de fabrication couplant la mise en œuvre de procédés composites et de procédés métalliques par fabrication additive. Une approche par gradient fonctionnel de matériaux pourra être envisagée, permettant une optimisation structurale couche par couche. Une approche par fabrication hybride multi-matériaux sera ciblée. L’introduction de l’asymétrie tridimensionnelle couplée à des variations locales des propriétés matériaux ouvre la voie à l’intégration de fonctionnalités nouvelles.
Les premiers systèmes devraient être fabriqués à T0+ 4 ans, avant d’être industrialisés à T0+ 6 ans. L’objectif est d’atteindre un niveau TRL7 en s’appuyant sur des procédés dont la maturité varie entre TRL3 et TRL6.

Coordination du projet

Pierre Joyot (ESTIA-Recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

EstiaR ESTIA-Recherche

Aide de l'ANR 363 000 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2023 - 54 Mois

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