Taxis aériens : des solutions matérielles innovantes peuvent-elles permettre un décollage rapide ?
Les avancées technologiques peuvent contribuer à résoudre trois problèmes clés de réussite de la commercialisation des eVTOL (avions électriques à décollage et atterrissage verticaux, souvent appelés « taxis aériens »). Entre le futur et le présent se trouve un monde en transition.
Ces dernières années, le secteur des transports a connu un intérêt et des investissements croissants dans le développement de taxis aériens interurbains et intra-urbains, ou véhicules eVTOL. Aujourd'hui, il existe plus de 250 projets de ce type dans le monde, comprenant à la fois des start-ups et des entreprises établies. Le défi sous-jacent associé à la plupart des projets est de trouver les bons matériaux ou la bonne combinaison pour commercialiser avec succès les eVTOL.

Défi 1 : compromis entre performance et poids
Le compromis entre performances et poids total est un défi majeur pour les véhicules eVTOL. Par exemple, ils s'appuient actuellement sur la technologie des batteries pour leur alimentation, mais ce groupe motopropulseur peut peser jusqu'à 500 kg par avion. La propulsion entièrement électrique présente des défis uniques en termes de puissance et d'autonomie. Plus le véhicule est lourd, plus il consomme d'énergie. L'allègement est donc essentiel, tout en garantissant des performances stables de la batterie.

L'optimisation du rapport puissance/poids est une préoccupation courante dans l'industrie aéronautique. L'allègement est un thème récurrent dans l'industrie aéronautique depuis que nous avons pris l'avion au début du 20e siècle. Et Victrex s'attaque aux problèmes d'allègement avec des solutions aéronautiques à base de PEEK et de PAEK depuis plus de 25 ans. Les solutions polymères VICTREX™ PEEK et PAEK sont principalement utilisées dans les solutions de remplacement du métal pour les applications aéronautiques, car elles sont 40 % plus légères et cinq fois plus résistantes que le métal. C'est en partie cette combinaison de résistance élevée et de faible poids qui a permis à plus de 20 000 avions de ligne commerciaux en service d'utiliser une forme ou une autre de polymères hautes performances. Et pour une bonne raison ! Il produit des pièces avec d'excellentes propriétés mécaniques, une performance à haute température, une résistance à la corrosion, une isolation thermique et acoustique. De plus, elles contribuent à réduire le poids par rapport au métal.

Défi 2 : Réduire le bruit du moteur
Si les taxis aériens doivent devenir un moyen de transport populaire, le confort de la cabine est un « must ». Par conséquent, le bruit du moteur est également un facteur important. Les passagers souhaitent un voyage plus silencieux. Pour y remédier, nous devons nous inspirer d'autres industries. L'industrie automobile en est un bon exemple. La nécessité de réduire ou d'adapter la taille des moteurs les a rendus plus « bruyants » et l'industrie travaille dur pour résoudre ces problèmes de NVH (bruit, vibrations, dureté).

Victrex a démontré que les engrenages en polymère PEEK peuvent réduire le bruit dans les applications de moteurs de 50 % (3 dB). Le poids et le moment d'inertie sont également considérablement réduits lors de l'utilisation d'engrenages VICTREX HPG™ par rapport aux engrenages en fonte, de 68 % et 78 % respectivement. Parmi les autres avantages potentiels, citons une résistance spécifique (résistance par unité de poids) et une résistance à la corrosion considérablement plus élevées par rapport à l'utilisation de métal.

Cependant, le remplacement des engrenages métalliques par des engrenages PEEK nécessite également une expertise dans la conception des engrenages. Plusieurs fabricants mondiaux, dont un grand constructeur automobile, ont envisagé d'utiliser nos produits dans des systèmes complets, et pas seulement dans des engrenages. Maintenant que les premiers engrenages Victrex HPG sont sur la route, peut-être qu'en temps voulu, ils « occuperont » également l'espace au-dessus des rues encombrées.

En parlant de voyages confortables, il convient peut-être de mentionner que les avions de ligne commerciaux en vol aujourd'hui utilisent une isolation en couverture thermique et acoustique (TAB) et des barrières anti-brûlure fabriquées à partir de film PEEK APTIV™ pour isoler les compartiments passagers et améliorer l'expérience des passagers.

Défi 3 : Optimisation des coûts et de la vitesse de production
Nous étudions des solutions composites légères pour les éléments structurels des véhicules eVTOL. Il existe deux options de matrice polymère : les thermodurcissables et les thermoplastiques.

Les thermodurcissables nécessitent des temps de production relativement longs, doivent être stockés dans des environnements à température contrôlée et à basse température et ont une durée de conservation limitée.

En revanche, les produits composites thermoplastiques à base de polymères PEEK et PAEK hautes performances ont des poids similaires à ceux des thermodurcissables mais offrent d'autres avantages, notamment :

Production plus rapide

Moins d'infrastructures nécessaires à la fabrication

Recyclable

Aucun solvant utilisé et

Durée de vie plus longue

Ces avantages potentiels commencent à se faire sentir tout au long de la chaîne d’approvisionnement. Récemment, le développeur de taxis aériens Jaunt Air Mobility a annoncé un partenariat avec Triumph Group pour développer des pièces à base de composites thermoplastiques pour son programme eVTOL.

La combinaison parfaite de performance et d'efficacité
Les composites thermoplastiques combinent d'excellentes propriétés matérielles avec une efficacité de fabrication, ce qui est parfaitement démontré par le VICTREX AE™ 250, qui peut aider l'industrie eVTOL à équilibrer les exigences de coût et de volume. Le VICTREX AE 250 est un composite thermoplastique en bande unidirectionnelle (UDT). Il est unique parmi les composites thermoplastiques en raison de sa température de fusion plus basse. Son point de fusion est de 303 °C, tandis que le point de fusion du PEEK est de 343 °C ; cependant, sa température de transition vitreuse est de 147 °C au lieu de 143 °C ; et la cristallinité est généralement de 25 à 30 %, similaire à celle du PEEK.

Une méthode de traitement bien connue pour les bandes UD est le processus de placement automatisé des fibres, qui permet de créer des pièces composites en multipliant et en empilant les couches de bandes UD dans un processus automatisé, ce qui évite les opérations manuelles fastidieuses et chronophages. Récemment, Victrex a publié les résultats d'une étude conjointe avec Coriolis qui a démontré comment des vitesses de pose de 60 m/min peuvent être atteintes - deux à six fois plus rapides que la technologie thermoplastique conventionnelle - et se rapprochent des vitesses des thermodurcissables.