NASA X-57 Maxwell

Avion expérimental américain des années 2010, développé par la NASA pour étudier la propulsion électrique.

Le programme X-57 commence en 2014 dans le but d’étudier la propulsion électrique en aviation, afin de permettre, à terme, de réduire la consommation en carburants fossiles et les émissions sonores. Ce programme est mené par les centres de recherche de la NASA de Langley et d’Armstrong travaillant sur le projet LEAPTech (Leading Edge Asynchronous Propeller Technology), concernant l’utilisation de nombreux petits moteurs électriques actionnant individuellement des hélices réparties le long du bord d’attaque des ailes. Pour optimiser les performances, chaque moteur peut fonctionner indépendamment à des vitesses différentes.
Les concepteurs du X-57 espèrent réduire de cinq fois l’énergie nécessaire pour piloter un avion léger à une vitesse de 282 km/h (175 miles/h). Une réduction de trois fois devrait provenir du passage des moteurs à piston aux moteurs électriques, ces derniers pouvant être plus petits et plus légers pour une puissance identique.

Le nom "Maxwell" est donné au X-57 en hommage au physicien écossais James Clerk Maxwell qui, au XIXe siècle, effectua de grandes avancées dans le domaine de l'électromagnétisme.

Pour ce projet, la NASA s'associe à deux sociétés californiennes : Empirical Systems Aerospace (ESAero) et Joby Aviation. La première est responsable du démonstrateur HEIST, de l'intégration des systèmes et de l'instrumentation. La seconde est chargée de la conception et de la fabrication des moteurs électriques, des hélices et de l'aile en fibre de carbone.

C’est le 16 juin 2016 que Charles Bolden, administrateur de la NASA, présente publiquement le projet X-57 à l’AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics). Dès le mois de septembre suivant, la NASA effectue de nombreux vols avec un Tecnam P2006T non modifié, afin de recueillir des données qui seront comparées à celles qui seront ensuite obtenues avec le X-57. Le prototype construit dans cette première configuration entièrement électrique, livré à la NASA le 2 octobre 2019, est le premier appareil de la "série X" piloté depuis plus de 20 ans.

La première étape du programme X-57, désignée Modification 1, est le développement du démonstrateur Hybrid-Electric Integrated Systems Testbed (HEIST). Il est constitué d'une aile en fibre de carbone de 9,44 mètres d'envergure sur laquelle sont installés 18 moteurs électriques, répartis le long du bord d'attaque, et équipés chacun d’une hélice à cinq pales. Pour les essais, cette aile est installée sur un camion grâce à un portique. Les essais ont lieu en janvier 2015 sur l'Oceano County Airport, puis sur le lac asséché de l'Edwards Air Force Base à partir de février, jusqu’à des vitesses avoisinant les 120km/h. Les résultats obtenus permettent aux chercheurs de mesurer la portance, la traînée et la stabilité longitudinale de l’aile afin de valider leurs calculs.

La suite consiste à adapter une nouvelle aile et la motorisation électrique, avec les batteries et tous les appareils de mesures nécessaires, sur la cellule d’un bimoteur léger Tecnam P2006T. Pour se faire, plusieurs étapes doivent être franchies.

La Modification 2 voit le remplacement des moteurs à pistons du P2006T par des moteurs électriques Joby Aviation de 60 kW, ainsi que l’installation des batteries et des instruments qui sont effectués par Scaled Composites à partir de juillet 2017.

Les essais en vol avec les moteurs électriques de grande taille uniquement, déplacés aux extrémités des ailes sont compris dans la Modification 3. Cette configuration doit permettre d’augmenter l'efficacité de la propulsion et de faire passer la masse au décollage de 1200 kg à 1400 kg.

Pour finir, la Modification 4 comprend l’installation de l’aile à grand allongement "Xperimental" équipée des 14 moteurs et hélices prévus. Douze de ces moteurs, de petite taille, sont répartis le long du bord d'attaque comme sur le Mod 1. Situés au-dessus de l’aile, ils permettent d’augmenter sa portée de cette dernière à basse vitesse. Les deux autres, de plus grosse taille et semblable à ceux de la Mod 3, sont installés aux extrémités de la voilure pour être utilisés durant le vol de croisière. Des essais en vol doivent avoir ensuite lieu.

Le X-57, dans sa configuration finale, se présente donc comme un avion de tourisme muni d’un cockpit biplace côte-à-côte. L’espace utilisé habituellement par les sièges arrière permet l’installation des batteries et du matériel de mesure. L’empennage est de type conventionnel, avec une dérive légèrement en flèche. Le train d’atterrissage tricycle est escamotable. Il est équipé d’ailes hautes, construites en fibres de carbone. Elles sont munies de douze moteurs de petite taille entraînant des hélices à cinq pales et de deux moteurs électriques de plus grande taille, situés aux extrémités des ailes. Les douze petits moteurs sont utilisés indépendamment les uns des autres et à des vitesses différentes pour optimiser les performances durant les phases de décollage et d'atterrissage. À l'altitude de croisière, les deux autres, qui entraînent des hélices tripales de plus grande taille, sont utilisés généralement seuls. Les hélices se replient lorsqu’elles ne sont pas utilisées afin de ne pas augmenter la traînée.

Les essais doivent se poursuivre en 2020 et les années suivantes.


Versions :
X-57 : Version initiale du programme, équipée de 14 moteurs électriques.


Utilisateurs militaires :
Aucun. Utilisé uniquement par la NASA aux USA.


Caractéristiques et performances :
Equipage : 2
Longueur : 8,69m
Envergure : 9,60 m
Hauteur : 2,84m
Vitesse de croisière : 282 km/h
Vitesse de décrochage : 107 km/h
Distance franchissable : 160 km



Liens internet :
https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_X-57_Maxwell

https://www.nasa.gov/specials/X57/index.html

https://www.digitaltrends.com/cool-tech/nasas-experimental-all-electric-x-57-aircraft-a-step-closer-to-flight/

https://www.air-cosmos.com/article/la-nasa-reoit-son-premier-x-57-21816

https://aviationweek.com/future-aerospace/nasa-shares-hard-lessons-all-electric-x-57-moves-forward

Un Maxwell sur le site.

Encore une belle réussite esthétique !

Naïvement, je suis un peu dubitatif sur le nombre de moteurs (surtout avec les pales pliables) : ça fait du poids, de la traînée et du prix en plus, je me demande si le gain d'énergie arrive à le compenser… (mais bon, on peut imaginer que les ingénieurs de la NASA connaissent mieux le sujet que moi ^^)

Naïvement, je suis un peu dubitatif sur le nombre de moteurs (surtout avec les pales pliables) : ça fait du poids, de la traînée et du prix en plus, je me demande si le gain d'énergie arrive à le compenser… (mais bon, on peut imaginer que les ingénieurs de la NASA connaissent mieux le sujet que moi ^^)

En ce qui concerne les connaissances des ingénieurs… je préfère m'abstenir, on ne sait jamais.  


Par contre, un moteur électrique est beaucoup plus léger qu'un moteur thermique, par conséquent je ne sais pas si la masse totale est beaucoup plus élevée que s'il avait été équipé de deux moteurs thermiques. Et les répartir le long du bord d'attaque de l'aile permet, si besoin, de générer un flux d'air  sur toute la surface de l'aile, ce qui permet d'ajuster au mieux la portance, traînée, etc.

La NASA a décidé de stopper les essais en vol du X-57 Maxwell d'ici la fin septembre 2023. Ainsi, l'appareil sous sa forme finale avec une propulsion distribuée ne volera pas.