Étude expérimentale et modélisation de la dégradation d'huiles de lubrification aéronautiques

Study of the degradation of jet engine lubricants

• Auteur / Autrice : Akshay Loyal
• Direction : Patrick Da Costa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 03/06/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Launay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Dassenoy, Stéphanie Ognier, Raphaël Plasson
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Dujardin, Patrick Hendrick

Mots clés

Mots clés contrôlés

Esters

Oxydation

Aéronautique -- Recherche

Détérioration

Huiles lubrifiantes

Mots clés libres

Lubrifiant

Oxydation

Génie chimique

Aéronautique

Ester de néopolyol

Antioxydants

Lubricant

Oxidation

Chemical engineering

Aerospace

Résumé

Comme toutes les autres industries de mobilité, le secteur aéronautique évolue en fonction des problématiques environnementales. Il est aujourd’hui question de réduire la consommation en carburant via la réduction de la masse des moteurs avec l’utilisation de matériaux composites plus légers mais aussi de réduire les émissions atmosphériques nocives ce qui inclut des particules, des polluants gazeux et des liquides (imbrûlés, oxydes d’azote et huile). En effet, les moteurs consomment de l’huile par perte dans l’atmosphère durant le vol. Cela engendre des apports réguliers pour compenser ces pertes et bien que l’huile s’oxyde lors du fonctionnement du moteur, un équilibre finit par s’établir entre l’huile vieillie dans le moteur et les apports d’huile neuve ce qui permet de maintenir une qualité d’huile saine pour assurer les fonctions primaires de l’huile dans le moteur. Cependant, deux tendances sont observées dans l’industrie des moteurs : - la diminution de la consommation en huile des moteurs. Ceci réduit l’impact écologique de leur utilisation et le coût d’exploitation pour les compagnies aériennes ; - l’optimisation des performances du moteur qui passe par la réduction de la masse du moteur en diminuant la taille des équipements de refroidissement de l’huile ce qui a pour conséquence une élévation des températures d’huile. Ces deux tendances poussent le vieillissement de l’huile vers des conditions extrêmes : l’huile est moins renouvelée et vieillit à des températures plus élevées. De telles conditions de vieillissement sortent de l’expérience de Safran ce qui motive le lancement d’études visant à comprendre le vieillissement des huiles.

Like all sectors of transportation, the aviation industry evolves with regards to new environmental concerns. The focus is set on reducing fuel consumption notably by reducing the overall mass of the aircraft thanks to lighter composite materials but there are also concerns for atmospheric emissions of harmful particles, gaseous pollutants, or even liquid losses (unburned hydrocarbon, nitrogen oxides or even lubricant)In fact, during flight, jet engines lose oil in the atmosphere. This oil consumption induces regular top-ups with fresh lubricants and a balance is therefore reached between the oxidizing lubricant in the circuit and the fresh top-ups. This mechanism maintains a healthy oil quality in the lubrication circuit of the jet engine and allows it to properly lubricate and cool the rotating partsHowever, two trends can be observed in the jet engine industry : - The first is the reduction of atmospheric emissions, notably oil emissions by lowering the oil consumption of engines, for environmental concerns but also to reduce the top-up frequency and the associated costs ; - The second trend is the ever-increasing performance gains. One lever on the lubrication circuit is to reduce the mass of heat exchangers designed to cool the lubricant at the cost of having to operate with higher oil temperaturesThese two trends push the lubricants oxidation to more extreme conditions: less oil consumption implies less frequent top-ups while also operating at higher temperatures which increases the rate of oxidation of the oil. Such conditions are currently outside the experimental knowledge of Safran and motivates studies aiming to better understand oil degradation