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Un nouveau moteur supersonique pour voyager n’importe où dans le monde en (max) deux heures

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Photo des moteurs supersoniques du Concorde. | Christine Matthews

Bien qu’il soit exploré depuis plusieurs décennies, le vol supersonique n’a jamais pu se hisser au même niveau que les autres technologies de propulsion. La principale raison tient dans les difficultés techniques qu’il pose, et les problèmes physico-mécaniques qu’il peut engendrer, comme dans le cas du tristement célèbre Concorde. Cependant, une équipe d’ingénieurs chinois a récemment annoncé le développement d’un nouveau type de moteur supersonique, le Sodramjet, parvenant à surmonter les obstacles classiques posés par ce genre de moteur. Bien que les premiers tests expérimentaux aient été concluants, un long travail attend encore les chercheurs avant une potentielle commercialisation.

Depuis le départ à la retraite du Concorde, le vol supersonique commercial est mis en veille dans les pays occidentaux. Alors que l’innovation dans les moteurs plus rapides s’est poursuivie, quelques problèmes graves avec les moteurs à haute vitesse ont empêché leur développement. Par conséquent, au lieu de repousser les limites de la vitesse, les ingénieurs se sont concentrés sur l’augmentation de l’efficacité énergétique, la réduction de l’empreinte carbone des avions de ligne et l’augmentation de la capacité de passagers. Cependant, une équipe chinoise n’a jamais quitté le vol supersonique des yeux, et récemment, elle a franchi une étape importante.

Selon l’équipe, leur nouveau moteur à réaction hypersonique peut atteindre des vitesses allant jusqu’à Mach 16 — soit 19’000 kilomètres par heure — et était stable lorsqu’il a été testé en soufflerie. Attachez-le à un avion et vous pourrez vous rendre n’importe où dans le monde en deux heures, d’après les auteurs. Les résultats ont été publiés dans la revue Chinese Journal of Aeronautics.

schema structure prototype sodramjet tunnel vent
Modélisation de la structure du Sodramjet (gauche) et test du prototype dans un tunnel à vent (droite). Crédits : Zonglin JIANG et al. 2020

Les obstacles techniques posés par les scramjet

L’équipe affirme que leur moteur, appelé Sodramjet, représente une avancée significative dans la propulsion hypersonique. « La recherche sur plus de 70 ans sur la propulsion hypersonique indique qu’un concept révolutionnaire est vraiment nécessaire pour le développement de moteurs hypersoniques. Le concept du moteur Sodramjet peut être un choix très prometteur et les travaux présentés ici soutiennent fortement cette idée », écrivent les auteurs dans l’article.

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Le Sodramjet s’appuie sur une technologie existante connue sous le nom de statoréacteur, en cours de développement depuis que l’inventeur hongrois Albert Fonó a utilisé un statoréacteur brut pour augmenter la portée de l’artillerie. Alors que les moteurs à réaction normaux utilisent une section de compresseur de pales de ventilateur pour comprimer l’air de l’admission avant de l’envoyer à la combustion, les statoréacteurs dépendent du mouvement vers l’avant de l’avion pour fournir un flux d’air comprimé et en mouvement rapide.

Une avancée a ensuite été faite sur les statoréacteurs pour produire un modèle à combustion supersonique (scramjet), qui maintient l’air circulant à travers le moteur à des vitesses supersoniques, contrairement à un statoréacteur qui ralentit l’air avant la combustion. Mais les scramjets souffrent de défauts fatals. L’air supersonique crée des ondes de choc qui peuvent bloquer le carburant en combustion.

Sodramjet : un moteur supersonique aux résultats prometteurs

Au lieu de cela, Zonglin Jiang et ses collègues de l’Académie chinoise des sciences de Pékin se sont tournés vers le travail de l’ingénieur Richard Morrison en 1980. Il pensait que l’onde de choc produite par l’air supersonique pouvait contenir suffisamment d’énergie pour rallumer continuellement le moteur et maintenir les vitesses de Mach 15 ou plus. Bien que ses idées n’aient jamais vu d’application commerciale en raison d’un manque de financement et du choix de poursuivre d’autres idées, Jiang a mis l’idée en pratique dans le Sodramjet, et les résultats parlent d’eux-mêmes.

evolution onde choc moteur supersonique
Formation et évolution de l’onde de choc de combustion dans le moteur Sodramjet, à différentes vitesses (Mach 2.5 et Mach 4.5, soit 5560 km/h). Crédits : Zonglin JIANG et al. 2020

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Le Sodramjet était stable à des vitesses hypersoniques et brûlait son hydrogène plus efficacement à mesure que les vitesses augmentaient. Les résultats prouvent que les ondes de choc intrinsèques dans un moteur hypersonique peuvent maintenir la combustion interne, conformément aux idées de Morrison il y a près de 40 ans.

Bien qu’incroyable, le moteur Sodramjet est encore loin d’être utilisé dans un avion de ligne commercial. De plus, il reste encore des problèmes à résoudre avant que le moteur ne soit entièrement fonctionnel. Les ondes de choc qui relancent la combustion peuvent soutenir la poussée, mais ce faisant, produisent des surtensions dans le moteur qui ont un impact sur sa stabilité. De plus, des vitesses de cette nature ont été décrites dans des souffleries utilisant des scramjets auparavant, mais n’ont pas été vérifiées sur les avions, de sorte que le moteur nécessitera beaucoup plus de tests avant une utilisation commerciale.

Sources : Chinese Journal of Aeronautics

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