Les dernières innovations aérospatiales ouvrent la voie aux vols de la prochaine génération

L'industrie aérospatiale, qui évolue rapidement, recherche constamment des moyens d'améliorer l'efficacité, les performances et la sécurité tout en réduisant les émissions de carbone et en préservant la durabilité. 

Ces dernières années, plusieurs avancées technologiques ont élargi les possibilités de transport aérien, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de l'atmosphère terrestre. Le présent comprend la technologie satellitaire avancée pour les communications, la fabrication additive pour les composants légers, la propulsion électrique pour réduire les émissions et les coûts, les vols supersoniques pour des déplacements plus rapides, et la technologie de l'hydrogène. intelligence artificielle et l'apprentissage automatique pour une meilleure efficacité opérationnelle.

L'aérospatiale se concentre sur les matériaux avancés aux propriétés très spécifiques. Les systèmes font généralement appel à différents types de matériaux, allant de la céramique thermique à la fibre de carbone et au titane, qui sont utilisés à des fins multiples pour optimiser les performances.

La recherche dans ce domaine vise à développer des matériaux multifonctionnels, c'est-à-dire des matériaux qui ont non seulement des fonctions structurelles mais qui peuvent aussi offrir d'autres caractéristiques comme le refroidissement actif. Pour donner vie aux concepts aérospatiaux avancés, les matériaux doivent être plus durables, plus légers et plus rentables que jamais. 

Alors que l'industrie aérospatiale continue de progresser, examinons les dernières innovations révolutionnaires qui lui permettront d'aller encore plus loin.

Débloquer le "génome des matériaux" pour faire progresser la conception

Le mois dernier, des chercheurs de la School of Aerospace, Mechanical, and Mechatronic Engineering de l'Université de Sydney ont mis au point un système d'évaluation des risques pour la santé. a découvert une méthode de microscopie pour démêler les relations atomiques au sein des matériaux cristallins tels que les aciers avancés et le silicium sur mesure.

Le présent signifie que les chercheurs peuvent détecter des changements même infimes dans l'architecture atomique de ces matériaux, ce qui nous permet de mieux comprendre les origines fondamentales de leurs propriétés et de leur comportement. Ces connaissances permettront de développer des semi-conducteurs avancés pour l'électronique et des alliages plus légers et plus résistants pour le secteur aérospatial.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé la tomographie par sonde atomique (APT), une technique qui permet de visualiser les atomes en trois dimensions (3D), pour démêler la complexité de l'ordre à courte portée (OSR). L'ordre à courte portée est une mesure quantitative de la tendance relative des éléments constitutifs d'un matériau à s'écarter d'une distribution aléatoire. Il est essentiel de comprendre les environnements atomiques locaux pour créer des matériaux innovants.

En quantifiant en détail le caractère non aléatoire des relations de voisinage à l'échelle atomique dans le cristal, le SRO ouvre "de vastes possibilités pour les matériaux conçus sur mesure, atome par atome, avec des arrangements de voisinage spécifiques pour obtenir des propriétés souhaitées telles que la résistance", a déclaré le responsable de l'étude, le professeur Simon Ringer, qui est Pro-Vice-Chancellor (Infrastructure de recherche) à l'Université de Sydney.

Parfois appelé le "génome des matériaux", l'OSR est un défi à mesurer et à quantifier. Le présent La raison en est que les arrangements atomiques se produisent à une échelle si petite que les techniques de microscopie conventionnelles ne permettent pas de les voir.

L'équipe de chercheurs a donc mis au point une nouvelle méthode utilisant l'APT qui permet de surmonter ces difficultés, ce qui constitue "une avancée significative dans le domaine de la science des matériaux", a déclaré M. Ringer, ingénieur en matériaux à l'AMME. 

L'étude s'est concentrée sur les alliages à haute entropie (HEA), un domaine qui fait l'objet de nombreuses recherches en raison de leur potentiel d'utilisation dans des situations nécessitant une résistance à haute température, notamment dans les moteurs à réaction et les centrales électriques.

En utilisant des techniques avancées de science des données et en s'appuyant sur les données de l'APT, les chercheurs ont observé et mesuré l'OSR. Ils ont ensuite pu comparer l'évolution de l'OSR dans un alliage à haute entropie de cobalt, de chrome et de nickel sous différents traitements thermiques.

Selon le Dr Andrew Breen, chercheur postdoctoral principal :

"L'étude a produit une analyse de sensibilité qui délimite l'éventail précis des circonstances dans lesquelles ces mesures sont valables et celles dans lesquelles elles ne le sont pas.

En mesurant et en comprenant l'OSR, cette étude pourrait également contribuer à transformer les approches de la conception des matériaux et montrer comment de "petits changements au niveau de l'architecture atomique peuvent conduire à des bonds de géant dans la performance des matériaux", a déclaré le Dr Mengwei He, chercheur postdoctoral à l'école d'ingénierie aérospatiale, mécanique et mécatronique.

En outre, en fournissant un plan au niveau microscopique, l'étude améliore les capacités des chercheurs à simuler, modéliser et prédire le comportement des matériaux par le calcul. Elle peut en outre servir de modèle pour de futures études dans lesquelles l'OSR contrôle les propriétés critiques des matériaux. 

Un nouveau matériau pour rendre possible le vol hypersonique

La réalisation de vols soutenus à des vitesses hypersoniques suscite beaucoup d'intérêt, mais des défis techniques subsistent. Il s'agit notamment de gérer la chaleur extrême, de développer des matériaux capables de résister aux contraintes, aux températures extrêmes et à l'oxydation sans compromettre les performances, et de créer des systèmes de propulsion capables de fonctionner efficacement à des vitesses et des altitudes élevées. 

Alors que les chercheurs tentent de trouver des solutions à ces problèmes, des scientifiques de l'école de science et d'ingénierie des matériaux de l'université de Guangzhou ont fait état d'une percée dans le domaine des boucliers thermiques hypersoniques au début de cette année.

Dans ce qui pourrait changer la donne pour les vols hypersoniques, les scientifiques ont mis au point un nouveau matériau, la céramique poreuse, qui offre une "stabilité thermique exceptionnelle" et une "résistance à la compression ultra-élevée". 

Le présent a a été atteint à l'aide d'une structure à plusieurs échelles, ce qui, selon les scientifiques, a été réalisé pour la première fois. En outre, la fabrication rapide de cette céramique à haute entropie ouvre la voie à une exploration plus large dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'ingénierie chimique et de la production et du transfert d'énergie.

Selon les chercheurs, les céramiques ont été fabriquées grâce à "une technique de synthèse ultrarapide à haute température qui peut conduire à une capacité de charge mécanique exceptionnelle et à des performances élevées en matière d'isolation thermique".

Pour relever le défi des matériaux solides et légers à faible conductivité thermique, les scientifiques ont utilisé des matériaux céramiques non combustibles et résistants à la corrosion, ayant un point de fusion élevé et présentant une faible conductivité thermique. Bien entendu, les matériaux céramiques conventionnels restent insuffisants pour supporter des températures et des pressions extrêmement élevées.

Si les matériaux légers et poreux ont une faible capacité de transfert thermique, ils sont aussi plus fragiles.

Les chercheurs ont donc commencé à travailler sur l'amélioration simultanée de "la résistance mécanique et de la capacité d'isolation thermique des céramiques poreuses". Le présent les a conduits au concept de haute entropie, qui met l'accent sur des éléments multiples dans des proportions égales pour créer des composants plus solides, plus stables et plus résistants à la chaleur.

Les scientifiques ont constaté que le matériau céramique nouvellement créé - appelé diborure poreux à haute entropie à 9 cations (9PHEB) - parvenait à trouver un bon équilibre entre la résistance à la chaleur et la solidité sans les limitations habituelles. Ce nouveau matériau répond également aux normes de poids et d'isolation requises pour les vols aérospatiaux.

Selon les chercheurs :

"Des interfaces de haute qualité, caractérisées par une forte liaison sans défauts ni phases amorphes, peuvent favoriser le transfert rapide de la force le long du bloc de construction et vers de nombreux autres blocs par le biais de connexions lors de la mise en charge, ce qui conduit à une amélioration significative de la résistance mécanique."

L'étude a également montré que le nouveau matériau 9PHEB est exceptionnel en termes de résistance et de stabilité thermique. 

Matériaux autocicatrisants pour les structures aérospatiales

Les polymères autocicatrisants et les nanocomposites sont des matériaux innovants qui ont considérablement fait progresser l'industrie aérospatiale. Ils ont également fait l'objet de recherches importantes pour leurs applications dans l'électronique, les batteries, le biomédical et d'autres domaines techniques. 

Bien que les matériaux autocicatrisants existent depuis plusieurs siècles, l'innovation dans ce domaine a connu un essor considérable au cours des dernières décennies, ce qui a conduit à la mise au point de matériaux synthétiques autocicatrisants.

Ces matériaux peuvent être trouvé sous différentes formes, en fonction de leur chimie unique, y compris les polymères thermoplastiques, les polymères thermodurcissables, les élastomères, les polymères à mémoire de forme, les composites polymères et les nanocomposites. 

Selon leur capacité, ces matériaux sont souvent mentionnés On parle de matériaux autoguérissants intrinsèques, qui reposent sur les liaisons chimiques ou la mobilité moléculaire au sein du matériau lui-même, ou de matériaux autoguérissants extrinsèques, dans lesquels des agents de guérison externes sont activés en cas de dommage.

Les polymères sont considérés comme particulièrement importants dans l'utilisation des structures en raison de leur étonnante capacité à réparer les dommages structurels. Le présent est atteint par la mobilisation et la réticulation des chaînes de polymères.

Dans l'industrie aérospatiale, les nanocomposites auto-cicatrisants sont particulièrement utiles pour les structures techniques, les adhésifs, les moteurs, les fuselages et les revêtements. Nanocomposites auto-cicatrisants sont fabriqués en incorporant des nanoparticules dans les polymères. Pour leur capacité à guérir les dommages de manière réversible, les thermodurcissables et les polymères thermoplastiques sont renforcées avec des nanoparticules de carbone.

Les nanocharges renforcent encore l'effet d'autocicatrisation des nanocomposites. Le type et la teneur en nanocharges sont des facteurs essentiels pour déclencher l'effet d'autocicatrisation.

Traditionnellement, des matériaux céramiques et métalliques ont été utilisés pour développer les moteurs. Toutefois, plus récemment, les matériaux polymères et les composites ont été de plus en plus utilisés dans les moteurs à réaction résistants aux températures élevées. Cette évolution est justifiée par le fait que les matériaux composites résistent mieux aux dommages structurels causés par les chocs ou les défaillances.

Avec des fibres céramiques capables de résister à de très hautes températures, les nanocomposites auto-cicatrisants ont a été utilisé pour produire des composants de moteurs à réaction fixes et mobiles. Ces nanomatériaux ont également a été trouvé pour résister à la pression, aux dommages et à la corrosion, ce qui contribue à améliorer l'efficacité du moteur.

Les recherches en cours sur les polymères auto-cicatrisants montrent qu'il est possible d'améliorer la durabilité des structures spatiales grâce à des matériaux capables de résister à des pressions, des températures et des chocs élevés.. Nous pourrions même assister à l'avenir au développement de nanocomposites à base de nanocarbone qui détectent les dommages dans les structures aérospatiales, mais cela nécessiterait de nouveaux agents de cicatrisation dotés d'une efficacité d'auto-guérison supérieure.

Il est intéressant de noter que dans le monde des matériaux autocicatrisants, le Dr Kunal Masania, professeur associé en structures et matériaux aérospatiaux à l'université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, développé "matériaux vivants" destinés à être utilisés dans le secteur aérospatial. Ces matériaux vivants contiennent des micro-organismes tels que des bactéries et des champignons, ce qui leur confère une capacité d'auto-guérison. 

L'équipe a choisi les champignons pour leur capacité à tolérer des conditions difficiles et leur relative facilité de culture. Les cellules fongiques peuvent également se connecter, ce qui signifie qu'en répartissant seulement quelques cellules dans le matériau, elles peuvent se reconnecter et former un réseau sensoriel. Ces matériaux vivants sont effectivement produites grâce à une méthode spéciale d'impression 3D et à une nouvelle encre d'impression 3D.  

Ce développement a été réalisé dans le cadre d'un projet quinquennal, AM-IMATE, qui a été récompensée une subvention de l'Union européenne. Selon Masania :

"L'objectif du projet est de créer des structures artificielles capables de se comporter comme des organismes vivants, de détecter les contraintes mécaniques et de s'y adapter.  

L'utilisation de matériaux biologiques auto-cicatrisants permet non seulement d'améliorer la durabilité et les performances des structures critiques utilisées dans l'aérospatiale, mais aussi de les rendre durables. L'équipe AM-IMATE étudie actuellement la possibilité d'utiliser des composites comme matériaux de base pour les intérieurs d'avion.

"Nos matériaux sont très légers et plus durables que les matériaux actuellement utilisés", a déclaré M. Masania, ajoutant que le remplacement du plastique et du métal signifie que nous n'aurons pas à compter sur les combustibles fossiles. En outre, "les composants de l'avion pourraient être démontés et rendus à la nature", a-t-il ajouté.

Mais ce n'est pas tout. L'équipe envisage même de faire de ses matériaux vivants la base de nouveaux habitats "sur d'autres planètes" en utilisant des matériaux locaux et en les liant avec des champignons.

Entreprises leaders dans le domaine de la technologie aérospatiale

Si l'on considère les entreprises actives dans l'industrie aérospatiale, plusieurs acteurs clés font progresser la technologie, notamment General Dynamics Corporation (GD), SpaceX, Virgin Galactic et Sierra Nevada Corporation.

Lockheed Martin Corporation (LMT), l'une des plus grandes entreprises de défense au monde, est également très présente dans ce domaine. Connu pour ses avions de chasse, ses systèmes de missiles et ses technologies d'exploration spatiale, Lockheed Martin a développé un logiciel de télécommunication basé sur l'IA, appelé Callisto, en collaboration avec Amazon et Cisco, afin d'améliorer l'efficacité et la connaissance de la situation à bord des engins spatiaux. Plus récemment, elle a acquis le fournisseur de solutions satellitaires Terran Orbital dans le cadre d'une transaction de $450 millions d'euros.

Boeing est un autre acteur majeur dans l'aérospatiale commerciale et militaire. L'entreprise fait actuellement l'objet d'un examen minutieux en raison de problèmes de contrôle de la qualité, de problèmes persistants avec son avion 737 Max, de problèmes de sécurité dans le domaine de la manutention et de la concurrence d'Airbus.

Airbus est principalement impliqué dans la conception et la fabrication d'avions commerciaux. Pour réduire les émissions de CO2 de ses produits, l'entreprise en cours de développement des matériaux bio-dérivés pour la production d'avions. Pour ce faire, l'entreprise recherche des alternatives aux fibres de carbone dérivées des combustibles fossiles qui sont utilisées dans les avions. sont utilisés dans la construction de composants tels que les ailes ou les coques de fuselage.

Voyons maintenant plus en détail quelques grands noms :

#1. Raytheon Technologies

Elle se concentre sur l'avionique, l'électronique de défense et les systèmes de missiles, en 2020, Raytheon a achevé sa fusion avec United Technologies pour former le fournisseur de systèmes aérospatiaux et de défense le plus avancé au monde.

L'entreprise continue de proposer ses produits et son expertise à l'échelle mondiale, comme en témoignent les développements notables survenus cette année :

• Choisi par la DARPA pour des capteurs optiques quantiques utilisés dans des applications d'imagerie.
• MAYA, l'avenir du transport aérien haut de gamme.
• Investissement de $200mln à Spokane pour stimuler la croissance de l'industrie manufacturière.
• Achèvement du test d'évaluation des capacités de l'équipage pour sa combinaison spatiale de nouvelle génération destinée à la station spatiale internationale.
• Obtention d'un contrat de $344mln pour la modernisation de l'unité électronique du programme de développement de missiles.

À l'heure où nous écrivons ces lignes, les actions de Raytheon (RTX:NYSE) se négocient à $118,35, en hausse de 40,66% depuis le début de l'année. La capitalisation boursière de la société est de $157,43bln, et son rendement en dividendes est de $118,35, en hausse de 40,66% depuis le début de l'année. 2.13%.

Pour le deuxième trimestre 2024, l'entreprise rapporté Raytheon a réalisé un chiffre d'affaires de 19,7 milliards de dollars, soit une augmentation de 81,3 milliards de dollars par rapport à l'année précédente, tandis que son flux de trésorerie d'exploitation s'élevait à 2,7 milliards de dollars. Raytheon a fait état d'un carnet de commandes de 1,4 milliard de tonnes, dont 1,4 milliard de tonnes pour le secteur commercial et 1,4 milliard de tonnes pour le secteur de la défense. Le bénéfice par action ajusté s'est élevé à 1,41 DT, soit une hausse de 91 DT par rapport à l'année précédente.

"RTX a réalisé de solides performances opérationnelles au cours du deuxième trimestre, avec une croissance organique des ventes de 10 %, une augmentation de la marge ajustée dans les trois segments et un flux de trésorerie disponible de $2,2 milliards d'euros."

- Chris Calio, président-directeur général de RTX

Il a également indiqué qu'en raison du carnet de commandes et de la "demande sans précédent dans l'ensemble de notre portefeuille", l'entreprise se concentre sur l'investissement dans des technologies et des capacités innovantes.

#2. Northrop Grumman

Spécialisée dans la défense et l'aérospatiale, Northrop Grumman est réputée pour ses travaux dans le domaine des systèmes sans pilote, de la cybersécurité et des systèmes spatiaux avancés, notamment le télescope spatial James Webb. L'entreprise développe également le bombardier B-12 et le programme Sentinel. En outre, Northrop Grumman collabore avec SpaceX d'Elon Musk sur un système de satellite espion américain, s'associe avec EpiSci sur des capacités d'autonomie avancées et soutient le plan de défense à long terme de la Norvège grâce à son travail avec Andøya Space.

À l'heure où nous écrivons ces lignes, les actions de Northman se négocient à $504,87, en hausse de 7,85% depuis le début de l'année, ce qui porte la capitalisation boursière de la société à $73,83bln. Le rendement du dividende est de 1,63%. Pour le deuxième trimestre 2024, la société a fait état d'une augmentation de 6,7% de son chiffre d'affaires à $10,22bln. Le trimestre a vu plus de $1,11bln de flux de trésorerie disponible, tandis que les dépenses comprenaient environ $3 milliards en R&D et $1,8 milliards en dépenses d'investissement. Le bénéfice par action de Northrop a battu les estimations de 7,61T3T en s'établissant à $6,36.

L'entreprise prévoit une croissance solide dans toutes ses divisions, en particulier dans les domaines de l'aéronautique, des systèmes d'armement et de l'électronique avancée. L'année prochaine, le segment spatial devrait connaître un léger recul en raison de l'annulation d'un programme, mais la croissance devrait être plus forte dans les secteurs de l'aéronautique et de l'électronique. est prévu pour reprendre ensuite. Tout en reconnaissant les contraintes de la chaîne d'approvisionnement, notamment en ce qui concerne l'approvisionnement en perchlorate d'ammonium pour les moteurs de fusées à propergol solide, la PDG Kathy Warden a indiqué que l'entreprise travaillait avec l'armée de l'air pour réduire les coûts.

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Conclusion

Le marché de l'aérospatiale s'élève actuellement à environ $300 milliards. Bien qu'il ait brièvement baissé pendant la pandémie de COVID-19, il est aujourd'hui de plus en plus important. est attendue pour dépasser $460 milliards d'euros d'ici 2028. Dans le même temps, les recettes du marché de la fabrication de pièces pour l'aérospatiale est projeté pour dépasser $1 230 milliards à la fin de cette décennie.

Compte tenu de la croissance que connaît le secteur, l'innovation technologique se fait à un rythme rapide. Qu'il s'agisse d'avions plus efficaces grâce à des systèmes de propulsion électrique, de la création de matériaux composites avancés, des progrès de l'intelligence artificielle et de la technologie des capteurs pour parvenir à des avions entièrement autonomes, de la recherche et de l'adoption de carburants aéronautiques durables (SAF) qui sont dérivés à partir de sources renouvelables, beaucoup de choses sont en train de se passer et, ensemble, ces innovations peuvent apporter des changements importants qui façonneront l'avenir de l'aérospatiale.

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