La température du F-35

[g4lly]

[g4lly]

Tu as aussi les illustration d'ici https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666123320300623

[herciv]

J'ai ce doc aussi mais je ne maitrise pas les abréviations. 

https://www.lockheedmartin.com/content/dam/lockheed-martin/eo/documents/webt/F-35_Air_Vehicle_Technology_Overview.pdf

 

[herciv]

Il y a 3 heures, g4lly a dit :

Tu as aussi les illustration d'ici https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666123320300623

Le PTMS est alimenté par l’air de prélèvement d’étage intermédiaire (IB) du moteur ou un purgeur d’air dynamique (RB). Une partie de l’air de prélèvement entre dans le compresseur (C) après avoir été refroidie par l’air du conduit de ventilation (dans l’échangeur de chaleur FDHX) ou un liquide de refroidissement en polyalphaoléfine (PAO) (dans l’échangeur de chaleur PAO HX1). La chaleur absorbée par le liquide de refroidissement PAO est ensuite transmise au puits de combustible via l’échangeur de chaleur PAO/combustible, qui n’est pas représenté sur la Fig. 1. Un deuxième échangeur de chaleur PAO (PAO HX2) et un échangeur de chaleur récupérateur (Recup HX) sont disposés à la sortie du compresseur pour abaisser la température de l’air comprimé. Enfin, l’air de prélèvement est envoyé à la turbine de refroidissement (TC), où il est refroidi par expansion. Le processus d’expansion entraîne le compresseur et fournit de l’énergie électrique via le générateur (Gen). L’air refroidi est utilisé pour éliminer les charges thermiques en suspension dans l’air (dans l’échangeur de chaleur Load HX), comme l’avionique, et est ensuite évacué dans l’environnement ambiant.

Une partie de l’air de prélèvement est envoyée à la chambre de combustion, où elle est mélangée au carburant et brûlée pour augmenter la température, et enfin envoyée à la turbine de puissance (PT) pour l’expansion. La puissance absorbée par expansion est utilisée pour produire de l’électricité par le générateur (Gen).

Sur la base des différentes sources d’air de prélèvement et dissipateurs thermiques, le PTMS se reconfigure en trois modes de fonctionnement : (1) Moteur de l’étage intermédiaire d’air de prélèvement avec un mode dissipateur d’air de conduit de ventilateur (IB-FD), le mode de fonctionnement de ses sous-systèmes de refroidissement et d’alimentation est indiqué par '1-3-4-6-7-8-9-10-11′ et '1-12-13-14′ dans la Fig. 1, respectivement. (2) Air de prélèvement de l’étage intermédiaire du moteur avec un mode d’échangeur de chaleur PAO (IB-PAO), le mode de fonctionnement de ses sous-systèmes de refroidissement et de puissance est indiqué par « 1-3-5-6-7-8-9-10-11′ et « 1-12-13-14′ dans la Fig. 1, respectivement. (3) Air de prélèvement d’air dynamique avec un mode d’échangeur de chaleur PAO (RB-PAO), le mode de fonctionnement de ses sous-systèmes de refroidissement et d’alimentation est indiqué par '2-3-5-6-7-8-9-10-11′ et '2-12-13-14′ dans la Fig. 1, respectivement.

Grâce à des études antérieures sur la thermodynamique, des modèles de compresseurs, de turbines et d’échangeurs de chaleur ont été développés. Dans cette étude, les échangeurs de chaleur sont modélisés d’après un échangeur de chaleur compact à plaques et ailettes à contre-courant, qui a été décrit en détail par Weise [22]. L’air de prélèvement subit un processus adiabatique isentropique dans le compresseur et la turbine, en tenant compte des rendements adiabatiques et mécaniques. Les modèles du compresseur et de la turbine ont été illustrés par Roberts [23].

[Picdelamirand-oil]

Je ne suis pas rentré dans le détail, et je n'ai pas envie, mais sur l'ATL2 la plupart des équipements étaient refroidis par air, par contre pour les équipements qui chauffent vraiment beaucoup, au point que l'extraction de chaleur affecte leurs performances (comme le Radar par exemple), le refroidissement avec un liquide est plus performant que le refroidissement par air. En plus on sait qu'il y a un problème avec le circuit du carburant où il faut augmenter le diamètre des tuyaux, s'il s'agissait juste d'aller d'un échangeur au moteur on n'en parlerait même pas.

Modifié le 15 mai par Picdelamirand-oil

[rendbo]

Vous partez trop loin les amis : la solution pas cher d'Honeywell , c'est peut-être un bouton supplémentaire permettant d'ouvrir la trappe à bombes sans risquer de les larguer (ouverture classique d'armement)... 

[Picdelamirand-oil]

Le 15/05/2024 à 17:31, Picdelamirand-oil a dit :

Je ne suis pas rentré dans le détail, et je n'ai pas envie, mais sur l'ATL2 la plupart des équipements étaient refroidis par air, par contre pour les équipements qui chauffent vraiment beaucoup, au point que l'extraction de chaleur affecte leurs performances (comme le Radar par exemple), le refroidissement avec un liquide est plus performant que le refroidissement par air. En plus on sait qu'il y a un problème avec le circuit du carburant où il faut augmenter le diamètre des tuyaux, s'il s'agissait juste d'aller d'un échangeur au moteur on n'en parlerait même pas.

Je suis tombé par hasard sur un dialogue qui explique de manière assez pédagogique le fonctionnement du système de refroidissement du F-35 et qui justifie le texte auquel ce post répond.

https://mitchellaerospacepower.org/wp-content/uploads/2024/05/AA-Ep.-185-Tomorrows-F-35-Cooling-is-Key-Transcript.pdf

je traduis à partir de la page 8 sur 17 mais le reste du document est également intéressant.

Matt Pess : Je pense qu'il est préférable de commencer par ce qui est refroidi et comment. Sur n'importe quelle plate-forme, il y a de l'avionique, de l'électronique, des armes. Mais le plus important, c'est qu'une personne a souvent besoin d'une certaine température. Dans le cas du pilote, ils ont également besoin d'une certaine pression pour fonctionner correctement. Il existe donc deux principaux types de refroidissement dans un avion. Il y a le refroidissement par air et le refroidissement par liquide. Le poste d'équipage, l'avionique de faible puissance, les écrans, le NAVCOM, les radios, sont principalement refroidis à l'air, et ce n'est pas vraiment là que se produit la croissance du liquide de refroidissement sur une plate-forme.

Le véritable changement se situe au niveau de l'avionique refroidie par liquide. Il s'agit d'éléments tels que les radars, les systèmes de guerre électronique, les liaisons de données à haut débit, les ordinateurs de commande de vol, comme la mise à niveau [00:17:00] dont nous avons parlé plus tôt. Ces systèmes consomment et, vous savez, en particulier dans le cas des radars et des systèmes de guerre électronique, ils émettent beaucoup d'énergie.

Ils génèrent donc beaucoup de chaleur. Cette chaleur doit être évacuée, sinon l'équipement lui-même risque de surchauffer. Comment évacuer cette chaleur ? Imaginez le système de chauffage d'une maison avec des radiateurs à eau chaude. Cette eau est ensuite pompée dans toute la maison et les radiateurs de chaque pièce dissipent cette chaleur dans la pièce pour la réchauffer.

Dans le cas contraire, les radiateurs à eau chaude extraient la chaleur de l'eau et c'est le refroidissement par bélier dont nous avons parlé plus tôt. Dans un avion, l'avionique ou le four chauffent le liquide. Il est pompé dans tous les sens.

Il accumule la chaleur des différents systèmes avioniques et finit par se retrouver dans le PTMS.

La différence, c'est que nous ne pouvons pas simplement dissiper cette chaleur dans l'air. Doug a mentionné que l'air statique n'est pas suffisant pour refroidir l'avion au sol. Avec les fenêtres de température étroites que nous devons respecter pour l'avionique selon les normes de l'usine. Nous devons donc mettre en place un cycle de réfrigération dans l'avion pour refroidir le liquide.

Mais contrairement à votre climatiseur domestique, la plupart des PTMS d'avion utilisent l'air comme source d'énergie et comme fluide de travail. Pour situer le contexte, nous parlons de l'avenir du F35 qui a besoin d'environ 80 kilowatts de refroidissement. Le climatiseur d'une maison moyenne consomme environ 10 kilowatts. Pour répondre à la nouvelle demande, il faudrait donc l'équivalent de huit climatiseurs centraux.

Vous comprenez donc pourquoi il serait difficile d'équiper un avion d'un tel système.

Heather « Lucky » Penney : C'est incroyable. Et il est évident que nous ne pouvons pas faire entrer huit fours dans un F 35 ou les faire entrer dans la soute avionique. Pouvez-vous donc brosser un tableau pour que les gens puissent comprendre tout ce qui est en jeu dans ce processus ?

Il est clair que le cœur de la production d'énergie des aéronefs est le moteur à réaction. Celui-ci entraîne tous les composants du boîtier d'accessoires, comme le générateur, qui produit de l'énergie électrique. Cette énergie est ensuite consommée par les systèmes de mission, qui doivent à leur tour être refroidis. Mais c'est très simpliste, et vous êtes l'expert technique.

Pouvez-vous nous guider à un niveau plus granulaire ? Vous nous donnez une très bonne analogie de ce fonctionnement. Mais pouvez-vous vraiment décrire le système de base de la façon dont tout cela s'articule ? L'alimentation et le refroidissement sont intégrés dans un seul composant, n'est-ce pas ?

Modifié le 29 mai par Picdelamirand-oil

[Picdelamirand-oil]

Matt Pess : Oui, vous l'avez bien dit.

Le moteur est la principale source d'énergie pour tout ce qui se trouve dans un avion. L'électricité, le pneumatique, l'hydraulique, tout est tiré du moteur d'une manière ou d'une autre. Ainsi, pour refroidir tous les équipements de l'avion, le PTMS utilise l'énergie sous forme d'air à haute pression, « l'air de purge » du moteur. Le moteur fournit donc la puissance et le PTMS génère le refroidissement.

Sur les plates-formes commerciales, la fonction de contrôle de l'environnement est la plus grande consommatrice d'énergie, en dehors de la génération de la poussée de l'avion. Et bien sûr, c'est la fonction première du moteur. Mais ce système de contrôle environnemental peut représenter jusqu'à 6 % du carburant total consommé par l'avion.

C'est pourquoi, en particulier sur les avions commerciaux, l'efficacité énergétique de ce système est une priorité. Cela n'a pas toujours été le cas sur les plates-formes militaires, car sur les anciens avions, la purge n'était pas très coûteuse du point de vue de l'ensemble de l'appareil. Et les besoins en refroidissement n'étaient pas aussi importants. C'est pourquoi la priorité était souvent donnée au système le plus petit possible.

En ce qui concerne les futures plates-formes ou la mise à niveau dont nous discutons pour le F 35, la capacité PTMS commence à devenir une priorité. La capacité PTMS commence à devenir un véritable moteur des performances de l'avion. L'efficacité est donc devenue beaucoup plus importante. Qu'est-ce que cela signifie ? Notre objectif est toujours de limiter l'énergie. Pour le PTMS et l'EPACS, il s'agit donc de purger l'air, ce que nous faisons depuis des décennies dans nos programmes commerciaux.

Mais l'autre aspect, comme vous l'avez mentionné, c'est l'énergie électrique. Qu'est-ce qui génère toute la chaleur que nous devons éliminer ? C'est l'électronique. Ils traitent, convertissent l'énergie, communiquent, rayonnent, et tout cela se fait avec une certaine efficacité. Ainsi, lorsque nous parlons d'efficacité pour l'électronique, nous parlons en fait de la part de l'énergie électrique qu'elle absorbe qui est convertie en travail utile.

Le radar émet de l'énergie, par exemple, mais comme aucune électronique n'est efficace à 100 %, toute énergie qui n'est pas convertie en travail se transforme en chaleur. Et c'est cette chaleur que nous devons éliminer avec le PTMS. Si nous ne le faisons pas, les températures de l'équipement de la mission augmenteront et dépasseront les limites pour lesquelles il a été conçu.

Elles peuvent dépasser les limites de l'électronique sur laquelle elles sont basées. Nous obtenons une dégradation des performances. Nous pourrions même avoir des systèmes endommagés. Mais comme pour le PTMS, l'électricité qui alimente ces systèmes provient également du moteur principal par l'intermédiaire des générateurs. Le système de gestion thermique et de puissance remplit en réalité de multiples fonctions sur l'avion.

Dans le cas du F 35, les fonctions d'alimentation de secours, de démarrage du moteur principal et de gestion thermique ont été combinées, et c'est ce que nous recherchons pour le PTMS du F 35. C'est un peu différent de certains autres avions.

Heather « Lucky » Penney : Vous avez donc l'alimentation de secours, le démarreur et la gestion thermique.

Le générateur est-il un composant différent ?

Matt Pess : Oui, les générateurs du moteur principal restent la principale source d'électricité de l'avion. Et ils sont montés, comme vous l'avez dit, sur la boîte de vitesses du moteur principal.

Douglas Birkey : D'accord, je voudrais juste clarifier les choses pour que tout le monde comprenne bien. Le PTMS est une chose assez courante dans les avions militaires et civils, n'est-ce pas ?

Ai-je bien compris ?

Modifié le 29 mai par Picdelamirand-oil

[Picdelamirand-oil]

Matt Pess : Oui, bien qu'il y ait un certain nombre de façons de faire du PTMS, la plus courante pour les avions est le cycle de Brayton inversé, que l'on appelle communément cycle pneumatique. Un cycle à air fonctionne en prélevant de l'air à haute pression dans le moteur. Il le conditionne à l'aide d'échangeurs de chaleur et le détend dans une turbine. Cette expansion génère de l'air froid et, dans un avion tactique, nous utilisons cet air pour refroidir directement le pilote et l'électronique refroidie par air forcé, mais il conditionne également le liquide.

Il s'agit d'une huile appelée PAO sur les plates-formes militaires. Cette huile est ensuite utilisée pour refroidir l'avionique refroidie par liquide, mais ce n'est pas propre au F 35. Chaque plateforme, militaire ou commerciale, dispose d'un système qui assure tout ou partie de ces fonctions. La fonctionnalité de gestion thermique du PTMS est souvent appelée système de contrôle environnemental.

Comme je l'ai dit, le F 35 est unique en ce sens qu'il combine également en un seul système les fonctions d'alimentation de secours et de démarrage du moteur principal. Sur la plupart des autres plates-formes, ces fonctions de démarrage du moteur principal et d'alimentation de secours sont assurées par un groupe auxiliaire de puissance, un APU. Ce dernier est généralement situé à un autre endroit de l'avion, mais il fournit une autre source d'énergie électrique, de l'air de purge, parfois les deux. Lorsque le moteur principal n'est pas en marche, il permet par exemple d'effectuer des opérations de maintenance au sol lorsque le moteur principal est éteint.

Nous avons mis en service et intégré des APU de ce type dans les avions depuis les années 1950.

 

[herciv]

Pas de choix fait pour fournir le froid et l'alim des futurs F-35.  Ca inclue le TR3 (ce qui est une énigme pour moi de ne pas avoir traité le problème beaucoup plus tôt) puisqu'il est bien dit que le problème date de longtemps.

http://www.air-defense.net/forum/topic/186-us-air-force/?do=findComment&comment=1735224

Modifié le 11 juillet par herciv