Optimisation d'un avion à hydrogène par une analyse exergétique

Optimization of a hydrogen aircraft by an exergy analysis

• Auteur / Autrice : Sofia Mertika
• Direction : Jean-Marc Moschetta
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Inscription en doctorat le 23/11/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISAE-ONERA EDyF Energétique et Dynamique des Fluides

Mots clés

Mots clés libres

Hydrogène

Exergie

Avion

Hydrogen

Exergy

Aircraft

Résumé

La thèse se déroulera en plusieurs phases successives. Une première phase consistera à développer un modèle thermodynamique macroscopique destiné à la conception d'une architecture optimale pour un drone électrique générique à base d'hydrogène. Cette phase sera calibrée numériquement sur des calculs CFD aérothermodynamiques effectués autour et à l'intérieur du fuselage. Il sera calibré, au niveau expérimental, à l'aide de bancs d'essais développés au LAPLACE et d'une campagne de soufflerie réalisée dans les souffleries de l'ISAE-SUPAERO. La deuxième phase consistera à appliquer l'analyse exergétique au modèle ainsi calibré, en montrant comment les débits d'admission et la forme des prises d'air - mais aussi la gestion des échanges thermiques au sein du fuselage - permettent de maximiser l'endurance du drone en croisière. Une troisième phase abordera la problématique du passage à l'échelle dans le domaine des avions légers à propulsion électrique et à pile à hydrogène.

The thesis will take place in several successive phases. A first phase will consist of developing a macroscopic thermodynamic model intended for the design of an optimal architecture for a generic hydrogen-based electric drone. This phase will be digitally calibrated on aerothermodynamic CFD calculations made around and inside the fuselage. It will be calibrated, at the experimental level, using test benches developed at LAPLACE and a wind tunnel campaign carried out in the wind tunnels of ISAE-SUPAERO. The second phase will consist of applying the exergy analysis to the model thus calibrated, by displaying how the intake flow rates and the shape of the air intakes - but also the management of heat exchanges within the fuselage - allows to maximize the endurance of the drone while cruising. A third phase will address the issue of scaling up to the field of light aircraft based on electric propulsion and a hydrogen fuel cell.