EP4164914A1 - Chaîne de puissance électrique à double alimentation hybride pour avion mono-hélice - Google Patents

Chaîne de puissance électrique à double alimentation hybride pour avion mono-hélice

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EP4164914A1
EP4164914A1 EP21739743.9A EP21739743A EP4164914A1 EP 4164914 A1 EP4164914 A1 EP 4164914A1 EP 21739743 A EP21739743 A EP 21739743A EP 4164914 A1 EP4164914 A1 EP 4164914A1
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propeller
power chain
chain
stage
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an electric power chain with hybrid power for single-propeller aircraft.
  • power chain we mean all of the components that supply or transmit power to the propeller.
  • hybrid power we mean a particular combination of energy sources that will provide power to the power chain.
  • single-propeller airplane it is meant an airplane intended to carry a number of passengers between one and six passengers depending on the confi gurations.
  • the invention proposes, as a hybrid power supply, a power supply combination by 1- photo voltaic panels 2 - electric batteries 3 - Combustion engine supplying an electric generator.
  • the fuel to the combustion engine is preferably made from vegetable oil with hydrogen doping.
  • the power chain is redundant to give the necessary safety to passengers.
  • the power chain is designed to limit power losses and to distribute power in an optimized manner according to the different phases of flight.
  • a main object of the invention is to provide a power chain which combines two essential qualities 1 - Optimum safety with in particular the abundance of key components 2 - Optimum power efficiency in order to maximize flight time and increase the payload carried.
  • An object of the invention is to provide an aircraft which can be industrialized and which can be mass-produced. Typically a range of 1 to 6 seat single-propeller airplanes could be developed in series with the present invention.
  • An object of the invention is to provide a control unit for the pilot which allows, with the greatest possible security, to alternate the operation of the chain of power if ever one of the components fails and to operate automatically and / or manually on its redundant component.
  • the invention combines the choice of component, and the architecture of an on-board control electronics which makes it possible to control with total safety both the various failure configurations and an optimization of the efficiency of the chain. power by routing the power flows according to the various flight and / or parking parameters in real time.
  • a main feature of the invention being to propose a double hybridization of power supply, namely at least three different energy sources to be combined and made to coexist according to all the stages of life, to provide the necessary power to the motors while offering safety. optimal which is not endangered by this addition of energy source input. Indeed, no solution of the prior art provides a double hybridization solution, which has the advantage of being optimal for the preservation of natural resources, from an ecological and sustainable development perspective.
  • FIG.l shows a complete diagram of the power chain.
  • FIG.l is a complete diagram of the power chain which logically comprises five stages.
  • a first stage is that of the energy supplied. This energy is then converted in a second stage in the power circuit into electrical energy.
  • This energy can be the sun which feeds the photovoltaic panels (14), the electric energy which feeds the batteries (12) to make them store energy, or a heat engine (01) which feeds an electric generator (11). .
  • the batteries (12) are preferably two in number. They are powered before the flight at the hangar level and in the outdoor parking lot by solar energy. During flight, take-off, cruise or light descent, they are powered by photovoltaic panels (14) and the electric generator.
  • the safety threshold parameters can be configured at the level of the on-board electronics.
  • the batteries (12) can themselves also power the circuit. We therefore understand that they act as a buffer that can either store energy or release it.
  • the entire call distribution or current distribution flow is then regulated on a third stage by means of regulators (26, 29). Namely a first said left regulator (26) and a second said right regulator (29).
  • the regulators are redundant and are activated by the pilot by means of respective dedicated commands (36, 39).
  • the regulators include on-board software that manages the distribution of energy flows according to flight conditions. Namely, these flows all converge towards a so-called star bus which makes it possible on a node (28) to route the flows according to the request.
  • the energy producers that are the batteries (12), the photovoltaic panel (14) and the electric generator (11), beyond this node (28) of the star bus on the fourth stage we find the two engine power control electronics (31 , 34) with a first so-called left power control electronics (31) which controls a first propeller motor (41) and a second so-called right power control electronics (34) which powers a second propeller motor (44). ).
  • the pilot has engine power levers (37, 38) which act on the input parameters of the engine power electronics (31, 34).
  • the engine power levers (37,38) allow, according to the accepted expression to put the throttle, in this case, for the present to regulate the sending of electric power in the electric motors (41, 44).
  • the two levers (37, 38) are connected by a mechanical key which makes it possible or not to actuate the two levers at the same time; The actuation or not of the motors being done by the means either of the regulator commands (36, 39), or by another dedicated means.
  • the electric traction motors are actuated only by the power levers (37, 38).
  • the two motors (41, 44) are mounted in series on a shaft to drive the propeller (50).
  • one motor takes over the other with an operator command which activates one of the two motors.
  • This solution is a redundancy solution on a critical part and makes it possible to take over with the second engine if the first one breaks down.
  • Note several other essential components are redundant including batteries (12) and regulators (26, 29).
  • the present can be applied to a twin engine version with double propeller, namely either according to two different motorized axes, a propeller on each of the wings or in the same axis, a propeller with the front of the fuselage and a propeller at the rear of the fuselage.
  • the mass production of the aircraft will be able to operate on conventional fuel, diesel, gasoline, kerosene, or aviation gasoline.
  • the present invention therefore relates to a power supply chain for single-propeller aircraft characterized in that upstream the power chain comprises a supply stage with batteries (12), photovoltaic panels (14) and an electric generator (11) whose flow is regulated by left and right regulators (26, 29) which drives a star bus node (28) which feeds downstream a propulsion stage with left power control electronics and straight line (31, 34) which supplies a first motor (41) and a second motor (44) mounted on the propeller shaft (50) of the airplane, the pilot of the airplane activates by an action on its dashboard the regulator controls (36, 39) to give the hand to one of the two regulators whose on-board electronics will control the respective flow entering and / or leaving the components of the supply stage in function of the flight parameters.
  • the present invention therefore relates to an electric power supply chain for a single-propeller aircraft characterized in that the electric generator (11) is supplied by a combustion engine (01) supplied with a vegetable oil fuel added to '' hydrogen doping

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Abstract

Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que en amont la chaîne de puissance comprend un étage d'alimentation avec des batteries (12), des panneaux photovoltaïques (14) et une génératrice électrique (11) dont le flux est régulé par des régulateurs gauche et droite (26, 29) qui pilote un nœud de bus en étoile (28) qui alimente en aval un étage de propulsion avec une électronique de commande de puissance gauche et droite (31, 34) qui alimente un premier moteur (41) et un second moteur (44) montés sur l'arbre de l'hélice (50) de l'avion, le pilote de l'avion active par une action sur son tableau de bord les commandes de régulateur (36, 39) pour donner la main à un des deux régulateurs dont l'électronique embarquée pilotera le flux respectif entrant et/ou sortant des composants de l'étage d'alimentation en fonction des paramètres de vol.

Description

Description
Titre de l'invention : Chaîne de puissance électrique à double alimentation hybride pour avion mono-hélice
[0001] La présente invention concerne une chaîne de puissance électrique à alimentation hybride pour avion mono-hélice. Par chaîne de puissance, il s’entend l’ensemble des composants qui fournissent ou transmettent de la puissance à l’hélice. Par alimentation hybride, il s’entend une combinaison particulière de sources d’énergie qui vont fournir de la puissance à la chaîne de puissance. Par avion mono-hélice, il s’entend d’un avion destiné à transporter un nombre de passagers entre un et six passagers selon les confi gurations.
[0002] Plus particulièrement l’invention propose comme alimentation hybride une com binaison d’alimentation par 1- panneaux photo voltaïques 2 - batteries électriques 3 - Moteur à combustion alimentant une génératrice électrique. L’alimentation du moteur à combustion étant préférentiellement réalisée en huile végétale avec un dopage à l’hydrogène.
[0003] La chaîne de puissance est redondante pour donner la sécurité nécessaire aux passagers.
[0004] La chaîne de puissance est pensée pour limiter les pertes de puissance et pour distribuer la puissance de façon optimisée selon les différentes phases de vol.
[0005] Nous sommes au début de l’aventure des avions électriques, et aucune autre invention ne travaille de chaîne de puissance pour alimentation hybride pour avion mono-hélice. L’invention est pionnière dans la proposition de conjuguer certaines ali mentations et notamment des alimentations à caractère renouvelable. Cela implique une chaîne de puissance bien particulière, tant par le choix de ses composants que par le choix de son architecture. L’ensemble des caractéristiques techniques de l’invention, ultérieurement décrite forme une combinaison innovante qui ne se retrouve nulle part dans l’art antérieur.
[0006] Un objet principal de l’invention est de proposer une chaîne de puissance qui conjugue deux qualités essentielles 1 - Une sécurité optimum avec notamment re dondance des composants clés 2 - Un rendement de puissance optimum afin de permettre de maximiser le temps de vol et d’augmenter la charge utile transportée.
[0007] Un objet de l’invention est de proposer un avion qui soit industrialisable et qui puisse être fabriqué en série. Typiquement une gamme d’avion mono-hélice 1 à 6 places pourrait être développée en série avec la présente invention.
[0008] Un objet de l’invention est de proposer une centrale de commande au pilote qui permette avec la plus grande des sécurités d’alterner le fonctionnement de la chaîne de puissance si jamais un des composants faisait défaut et de fonctionner automa tiquement et/ou manuellement sur son composant redondant.
[0009] Dans un aspect principal l’invention conjugue aux choix de composant, et à l’architecture une électronique embarquée de commande qui permet de piloter avec une sécurité totale à la fois les différentes configurations de panne et une optimisation du rendement de la chaîne de puissance en routant les flux de puissance en fonction des différents paramètres de vol et / ou de stationnement en temps réel. Une parti cularité principale de l’invention étant de proposer une double hybridation d’alimentation à savoir au moins trois sources d’énergie différentes à conjuguer et faire cohabiter selon toutes les étapes de vie, pour apporter la puissance nécessaire aux moteurs en proposant une sécurité optimale qui n’est pas mise en danger par cet ajout d’apport de source d’énergie. En effet, aucune solution de l’art antérieur n’apporte de solution à double hybridation, qui a l’avantage d’être optimale pour la préservation des ressources naturelles, dans une optique écologique et de développement durable.
[0010] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la figure annexée sur laquelle
[0011] [Fig.l] représente un schéma complet de la chaîne de puissance.
[0012] [Fig.l] représente un schéma complet de la chaîne de puissance qui d’un point de vue logique comprend cinq étages.
[0013] Un premier étage est celui de l’énergie apportée. Cette énergie est ensuite convertie dans un second étage dans le circuit de puissance en énergie électrique. Cette énergie peut être le soleil qui alimente les panneaux photovoltaïques (14), l’énergie électrique qui alimente les batteries (12) pour leur faire stocker de l’énergie, ou un moteur thermique (01) qui alimente une génératrice électrique (11). Pour le cas des batteries (12), elles sont préférentiellement au nombre de deux. Elles sont alimentées avant le vol au niveau du hangar et sur le parking extérieur par l’énergie solaire. Pendant le vol, décollage, croisière ou en descente légère, elles sont alimentées par les panneaux pho tovoltaïques (14) et la génératrice électrique. Les paramètres de seuil de mise en sécurité sont paramétrables au niveau de l’électronique embarqué. Les batteries (12) peuvent elles-mêmes également alimenter le circuit. On comprend donc qu’elles agissent comme un tampon qui peut soit stocker de l’énergie, soit la restituer.
[0014] L’ensemble du flux de répartition d’appel ou de distribution de courant est ensuite régulé sur un troisième étage au moyen de régulateurs (26, 29). A savoir un premier ré gulateur dit gauche (26) et un second régulateur dit droit (29). Les régulateurs sont redondants et sont mis en action par le pilote au moyen de commandes dédiées res pectives (36, 39). Les régulateurs comportent un logiciel embarqué qui gère la ré partition des flux d’énergie en fonction des conditions de vol. A savoir ces flux convergent tous vers un bus dit en étoile qui permet sur un nœud (28) de router selon la demande les flux. D’un côté, sur le second étage les producteurs d’énergie que sont les batteries (12), le panneau photovoltaïque (14) et la génératrice électrique (11), au-delà de ce nœud (28) du bus en étoile, sur le quatrième étage on trouve les deux élec troniques de commande de puissance moteur (31, 34) avec une première électronique de commande de puissance dite gauche (31) qui pilote un premier moteur d’hélice (41) et une seconde électronique de commande de puissance dite droite (34) qui alimente un second moteur d’hélice (44). Pour son pilotage, le pilote dispose de leviers de puissance moteur (37, 38) qui agissent sur les paramètres d’entrée des électroniques de puissance moteur (31, 34). En bref, les leviers de puissance moteur (37,38) permettent selon l’expression consacrée de mettre les gaz, en l’occurrence, pour la présente de régler l’envoi de puissance électrique dans les moteurs électriques (41, 44). Sous une forme particulière les deux leviers (37, 38) sont reliés par une clavette mécanique qui permet ou pas d’ actionner les deux leviers en même temps ; L’ actionnement ou pas des moteurs se faisant par le biais soit des commandes de régulateur (36, 39), soit par un autre moyen dédié. L’ actionnement des moteurs électriques de traction s’effectue uniquement par les leviers de puissance (37, 38).
[0015] Les deux moteurs (41, 44) sont montés en série sur un arbre pour entraîner l’hélice (50). Par des moyens connus, un moteur prend la main sur l’autre avec une commande de l’opérateur qui active un des deux moteurs. Cette solution est une solution de re dondance sur une pièce critique et permet de prendre le relais avec le second moteur si le premier tombait en panne. A noter plusieurs autres composants essentiels sont re dondants dont les batteries (12) et les régulateurs (26, 29).
[0016] Dans une variante de l’invention, la présente peut s’appliquer à une version bi moteur à double hélice, à savoir soit selon deux axes motorisés différents, une hélice sur chacune des ailes ou dans le même axe, une hélice à l’avant du fuselage et une hélice à l’arrière du fuselage. Dans une autre variante de l’invention, la production série de F avion pourra fonctionner avec du carburant classique, gasoil, essence, kérosène, ou une essence aviation.
[0017] La présente invention concerne donc une chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que en amont la chaîne de puissance comprend un étage d’alimentation avec des batteries (12), des panneaux photo voltaïques (14) et une génératrice électrique (11) dont le flux est régulé par des régulateurs gauche et droite (26, 29) qui pilote un nœud de bus en étoile (28) qui alimente en aval un étage de propulsion avec une électronique de commande de puissance gauche et droite (31, 34) qui alimente un premier moteur (41) et un second moteur (44) montés sur l’arbre de l’hélice (50) de l’avion, le pilote de l’avion active par une action sur son tableau de bord les commandes de régulateur (36, 39) pour donner la main à un des deux régulateurs dont l’électronique embarquée pilotera le flux respectif entrant et/ou sortant des composants de l’étage d’alimentation en fonction des paramètres de vol.
[0018] La présente invention concerne donc une chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que la génératrice électrique (11) est alimentée par un moteur à combustion (01) alimenté avec un combustible d’huile végétale additionné d’un dopage à l’hydrogène
[0019] Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que les deux leviers de puissance moteur (37, 38) sont reliés par une clavette mécanique qui permet d’actionner les deux leviers en même temps avec l’action sur un seul de des deux leviers.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice (50) caractérisé en ce que en amont la chaîne de puissance comprend un étage d’alimentation avec des batteries (12), des panneaux photo voltaïques (14) et une génératrice électrique (11) dont le flux est régulé par des régulateurs gauche et droite (26, 29) qui pilote un nœud de bus en étoile (28) qui alimente en aval un étage de propulsion avec une élec tronique de commande de puissance gauche et droite (31, 34) qui alimente un premier moteur (41) et un second moteur (44) montés sur l’arbre de l’hélice (50) de l’avion, le pilote de l’avion active par une action sur son tableau de bord les commandes de régulateur (36, 39) pour donner la main à un des deux régulateurs dont l’électronique embarquée pilotera le flux respectif entrant et/ou sortant des composants de l’étage d’alimentation en fonction des paramètres de vol.
[Revendication 2] Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice selon la revendication 1 caractérisé en ce que la génératrice électrique (11) est alimentée par un moteur à combustion (01) alimenté avec un carburant ou bio-carburant additionné d’un dopage à l’hydrogène.
[Revendication 3] Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux leviers de puissance moteur (37, 38) sont reliés par une clavette mécanique qui permet d’actionner les deux leviers en même temps avec l’action sur un seul de des deux leviers.
EP21739743.9A 2020-06-11 2021-06-10 Chaîne de puissance électrique à double alimentation hybride pour avion mono-hélice Withdrawn EP4164914A1 (fr)

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