EP4493798A1 - Procede et unite de commande d'ensemble moteur - Google Patents

Procede et unite de commande d'ensemble moteur

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EP4493798A1
EP4493798A1 EP23714800.2A EP23714800A EP4493798A1 EP 4493798 A1 EP4493798 A1 EP 4493798A1 EP 23714800 A EP23714800 A EP 23714800A EP 4493798 A1 EP4493798 A1 EP 4493798A1
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EP
European Patent Office
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gas turbine
turbine engine
pressure shaft
low pressure
electrical machine
Prior art date
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Pending
Application number
EP23714800.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Baptiste Etienne Bernard LEPRETRE
Baptiste Jean-Marie Renault
Seif Eddine BENATTIA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4493798A1 publication Critical patent/EP4493798A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/16—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft for electric power plants
    • B64D31/18—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft for electric power plants for hybrid-electric power plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
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    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B64D27/33—Hybrid electric aircraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/32—Arrangement, mounting, or driving, of auxiliaries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
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    • F02K1/64—Reversing fan flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of aircraft engine assemblies, and more particularly engine assemblies comprising at least one electric machine and a gas turbine engine with at least one high pressure shaft and one low pressure shaft.
  • the inventors have recognized other situations presenting a risk of instability of the low pressure compressor of a gas turbine engine with a high pressure shaft and a low pressure shaft.
  • the present disclosure therefore aims to avoid, in these other risky situations, the instability of the low pressure compressor of such a gas turbine engine in an aircraft engine assembly comprising the gas turbine engine and at least a first electric machine to which the low pressure shaft of the gas turbine engine is mechanically coupled, without having to open relief valves.
  • a method of controlling such a motor assembly may comprise a step in which a mechanical work draw is ordered from the first electrical machine to brake a rotation of the shaft low pressure in response to an activation of a thrust reverser of the gas turbine engine and/or a disturbance of the air flow in a transverse plane at an air inlet of the turbine engine gas.
  • the stability margin of the low pressure compressor can be effectively widened in response to these risk situations, and this despite the typically high inertia of the low pressure shaft, in a more faster than with relief valves and by recovering electrical energy that can be used or stored on board the aircraft.
  • the gas turbine engine may include a fan coupled to the low pressure shaft to be rotated by the low pressure shaft.
  • the fan could include blades with variable pitch and the removal of mechanical work by the first electrical machine could be controlled in conjunction with a change in pitch of the fan blades, so as to also increase the work absorbed by the fan. to better slow down the low pressure shaft.
  • This method is also applicable to engine assemblies comprising a reduction gear connected to the low pressure shaft for driving a mechanical member by the low pressure shaft through the gear reducer, such as for example turbojet engines with a fan. reduction gear as well as most turboprops and turbine engines.
  • Said mechanical work can in particular be controlled in an open loop.
  • the withdrawal of a predetermined mechanical power can be controlled for an equally predetermined period of time in order to extract the mechanical work.
  • the mechanical power taken and/or the duration of the sampling can be variable, depending for example on the position of the thrust reverser and/or a component of the air flow in a transverse plane at the air intake level.
  • a second aspect of this disclosure concerns a control unit of the aforementioned motor assembly which can be adapted to control, to the first electrical machine, a mechanical work draw to brake a rotation of the low pressure shaft in response activation of a thrust reverser of the gas turbine engine and/or transverse flow at an air intake of the gas turbine engine.
  • a third aspect of this disclosure concerns a motor assembly comprising the control unit of the second aspect as well as the electric machine and the gas turbine engine.
  • a fourth aspect of this disclosure concerns a computer program which may comprise instructions which, implemented by a control unit of the aforementioned motor assembly, lead the control unit to carry out the control method of the first appearance.
  • Figure 1 is a schematic representation of an engine assembly according to one embodiment, comprising a gas turbine engine, two electric machines and a control unit.
  • Figure 2 is a representation of an aircraft electrical network comprising two motor assemblies like that of Figure 1.
  • a hybrid engine assembly 100 may comprise a gas turbine engine 200, a first electric machine 300, a second electric machine 400 and a control unit 500.
  • the engine gas turbine engine 200 may include a low pressure shaft 210 and a high pressure shaft 220.
  • the low pressure shaft 210 and the high pressure shaft 220 may be arranged coaxially, as illustrated.
  • the gas turbine engine 200 may also include a low pressure compressor 230, a high pressure compressor 240, a combustion chamber 250, a high pressure turbine 260, and a low pressure turbine 270, arranged successively in the direction of flow in an annular vein of working fluid, so that air admitted upstream of the low pressure compressor 230 is successively compressed in the low pressure compressor 230 and in the high pressure compressor 240, to then generate in the chamber of combustion 250 of hot combustion gases by combustion of a fuel injected into this combustion chamber. These combustion gases can then be successively expanded in the high pressure turbine 260 and in the low pressure turbine 270, so as to activate them in rotation.
  • the high pressure shaft 220 can be mechanically coupled to the high pressure turbine 260 and the high pressure compressor 240, so that the high pressure turbine 260 can rotate the high pressure shaft 220 and the high pressure compressor 240, while the low pressure shaft 210 can be mechanically coupled to the low pressure turbine 270 and the low pressure compressor 230, so that the low pressure turbine 270 can rotate the low pressure shaft 210 and the low pressure compressor 230.
  • the gas turbine engine 200 can be a turbojet engine also comprising a fan 280, which can also be mechanically coupled to the low pressure shaft 230, so as to be able to be also driven in rotation by the low pressure turbine 270 through the low pressure shaft 210.
  • the gas turbine engine 200 could also include a reducer 290 interposed between the low pressure shaft 210 and the fan 280, so as to so that the fan 280 can be driven with a lower rotation speed than the low pressure shaft 210.
  • a fan directly driven by the low pressure shaft 210 is also possible.
  • other architectures of the gas turbine engine 200, without fan are also possible.
  • the gas turbine engine 200 could alternatively be a turboprop, with at least one propulsive propeller mechanically coupled to the low pressure shaft 210 through the reduction gear 290, or a turboshaft engine, with at least one lift rotor mechanically coupled to the low pressure shaft 210 through the reducer 290. It is also conceivable, in particular for a turboshaft or a turboprop, that the gas turbine engine 200 includes only one compressor, mechanically coupled to the high pressure shaft 210.
  • the gas turbine engine 200 may also comprise a thrust reverser 281, comprising valves and actuators for redirecting forward at least part of the air driven by the fan 280, and one or more sensors 282 for detecting a disturbance in the flow of air in a transverse plane at the air intake in the gas turbine engine 200, which disturbance in a gas turbine engine 200 for propelling an aircraft, can be caused by a crosswind and/or by a swirling flow induced by the aircraft itself.
  • a thrust reverser 281 comprising valves and actuators for redirecting forward at least part of the air driven by the fan 280
  • sensors 282 for detecting a disturbance in the flow of air in a transverse plane at the air intake in the gas turbine engine 200, which disturbance in a gas turbine engine 200 for propelling an aircraft, can be caused by a crosswind and/or by a swirling flow induced by the aircraft itself.
  • sensors 282 can be arranged, as illustrated, at the inlet of the gas turbine engine 200, that is to say, directly upstream of the fan 280, but it would also be possible, alternatively or in addition of this provision sensors 282, to use sensors arranged elsewhere outside the gas turbine engine 200, in particular to detect crosswind, and/or sensors arranged inside the gas turbine engine 200 and adapted to detect an instability resulting from a disturbance in the flow at the inlet.
  • Said sensors 282 may in particular be dynamic pressure sensors.
  • the first electrical machine 300 can be, as illustrated, configured as a motor-generator to selectively transform electrical energy into mechanical work in motor mode and mechanical work into electrical energy in generator mode.
  • This first electrical machine 300 can be mechanically coupled to the low pressure shaft 210 to actuate, in motor mode, the low pressure shaft 210, and to be actuated, in generator mode, by the low pressure shaft 210.
  • it It is also possible, in the context of the present disclosure, that it is only configured as an electrical generator, capable only of transforming mechanical work into electrical energy.
  • the second electrical machine 400 can also be, as illustrated, configured as a motor-generator to selectively transform electrical energy into mechanical work in motor mode and mechanical work into electrical energy in generator mode .
  • This second electrical machine can be mechanically coupled to the high pressure shaft 220 to actuate, in motor mode, the high pressure shaft 220, and to be actuated, in generator mode, by the high pressure shaft 220.
  • each of the first and second electrical machines 300, 400 of each motor assembly 100 can be electrically connected to an electrical network 20.
  • This electrical network 20 can be a direct current electrical network, and each of the first and second electrical machines 300, 400 of each motor assembly 100 can then be electrically connected to the network electrical 20 through a corresponding converter 30.
  • the aircraft 10 may also include a fuel cell 50, an electrical storage device 60 (which may include, for example, a battery and/or a supercapacitor) and/or an auxiliary generator 40, which may include a generator 41 mechanically coupled to a combustion engine 42 for its actuation and be electrically connected to the electrical network 20 through another converter 30.
  • an electrical storage device 60 which may include, for example, a battery and/or a supercapacitor
  • an auxiliary generator 40 which may include a generator 41 mechanically coupled to a combustion engine 42 for its actuation and be electrically connected to the electrical network 20 through another converter 30.
  • the control unit 500 may be an electronic control unit, possibly a full authority digital engine control unit (in English: “Full Authority Digital Engine Control” or FADEC). It can in particular take the form of an electronic processor capable of implementing the instructions of a computer program to control the operation of the engine assembly 100.
  • This control unit 500 can be connected to the gas turbine engine 200 in particular to receive data from sensors 282 and/or to control the supply of fuel to the combustion chamber 250, the position of the valves of the thrust reverser 281 and/or the setting of the various adjustable blades, as well as to each of the first and second electrical machines 300, 400 to control the injection and/or extraction of mechanical work from the low pressure shaft 210 and the high pressure shaft 220, respectively.
  • FADEC Full Authority Digital Engine Control
  • the control unit 500 can also be connected to a manual control, such as for example a throttle lever 80, and/or to a flight computer 90, in order to receive an operating instruction from the motor assembly 100, which can for example take the form of a thrust, power, or rotation speed instruction of the low pressure shaft 210 and/or the high pressure shaft 220.
  • a manual control such as for example a throttle lever 80
  • a flight computer 90 in order to receive an operating instruction from the motor assembly 100, which can for example take the form of a thrust, power, or rotation speed instruction of the low pressure shaft 210 and/or the high pressure shaft 220.
  • the control unit 500 of each motor assembly 100 can also be connected to a control unit 70 of the electrical network 20, which can in turn be connected to each converter 30, to the generator 40, to the fuel cell 50 and/or to the device electrical storage 60, in order to maintain a balance in the electrical network 20.
  • the control unit 500 can be adapted to implement a method of controlling the engine assembly 100, in which, in response to the activation of the thrust reverser 281 and/or to a transverse flow detected through the sensors 282 at the air intake of the gas turbine engine 200, the sampling of mechanical work W ei is commanded to the first electrical machine 300 to brake the rotation of the low pressure shaft 210.
  • the mechanical work W ei provided by the first electrical machine 300 can be controlled in an open loop.
  • each of the power taken by the first electrical machine 300 during this input and the duration of this input can be predetermined or variable depending, for example, on a position instruction of the thrust reverser and/or or a transverse component of air flow at the inlet of the gas turbine engine 200.
  • the power taken can be constant during the duration of the supply or follow a predetermined profile.
  • control unit 500 can control, simultaneously with the withdrawal of the mechanical work W ei by the first electrical machine 300 on the low pressure shaft 210, the injection of corresponding electrical energy by the second electrical machine 400 into the high pressure shaft 220 and/or its storage in the electrical storage device 60.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de commande d'un ensemble moteur (100). Cet ensemble moteur (100) comprend au moins une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200). Le moteur à turbine à gaz (200) comprend un arbre basse pression (210) et un arbre haute pression (220). La machine électrique (300) est couplée à l'arbre basse pression (210), et le procédé de commande comprend une étape dans laquelle, un prélèvement de travail mécanique est commandé à la première machine électrique (300) pour freiner une rotation de l'arbre basse pression (210) en réponse à une activation d'un inverseur de poussée (281) du moteur à turbine à gaz (200) et/ou à une perturbation de l'écoulement d'air dans un plan transversal au niveau d'une admission d'air du moteur à turbine à gaz (200). L'invention concerne également une unité de commande (500) adaptée pour effectuer ce procédé, un ensemble moteur (100) incorporant cette unité de commande (100), la machine électrique (300) et le moteur à turbine à gaz (200), et un programme informatique pour effectuer ce procédé.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et unité de commande d'ensemble moteur
Domaine Technique
[0001 ] La présente invention concerne le domaine technique des ensembles moteurs d’aéronef, et plus particulièrement des ensembles moteurs comprenant au moins une machine électrique et un moteur à turbine à gaz avec au moins un arbre haute pression et un arbre basse pression.
Technique antérieure
[0002] Afin d’augmenter l’efficacité énergétique globale des moyens de transport, et diminuer leur consommation de carburant et leurs émissions d’effet de serre, de nombreux ensembles moteurs hybrides ont déjà été proposés combinant moteurs à combustion et machines électriques contribuant au rendement global au-delà du simple démarrage des moteurs à combustion interne. Bien que ces ensembles moteurs hybrides aient le plus souvent été proposés pour les véhicules automobiles et incorporé des moteurs à pistons, l’hybridation des moteurs à turbine à gaz et plus particulièrement des moteurs à turbine à gaz pour aéronefs a aussi été envisagée.
[0003] Dans le contexte des moteurs à turbine à gaz, et en particulier des moteurs à turbine à gaz pour aéronefs, l’hybridation peut en fait présenter des avantages autres que l’efficacité énergétique. Ainsi, dans la demande de brevet d’invention français avec le numéro de publication FR 3 094 043 A1 , il a été proposé d’utiliser une machine électrique pour prélever un travail mécanique sur l’arbre basse pression d’un moteur à turbine à gaz et ainsi le freiner, de manière à éviter une situation d’instabilité du compresseur basse pression, et notamment un risque de pompage pouvant être aggravé, par exemple, en situation de décélération du moteur à turbine à gaz et/ou de changement d’angle de calage d’aubes de stator. Ceci peut éviter d’utiliser l’ouverture de vannes de décharge en sortie du compresseur basse pression, et ainsi éviter une perte d’efficacité énergétique. D’autres procédés similaires ont été divulgués par exemple dans les publications de demandes de brevet US 2022/063824 A1 et US 2021/246837 A1 . Exposé de l’invention
[0004] Les inventeurs ont reconnu d’autres situations présentant un risque d’instabilité du compresseur basse pression d’un moteur à turbine à gaz avec un arbre haute pression et un arbre basse pression. La présente divulgation vise donc à éviter, dans ces autres situations à risque, l’instabilité du compresseur basse pression d’un tel moteur à turbine à gaz dans un ensemble moteur d’aéronef comprenant le moteur à turbine à gaz et au moins une première machine électrique à laquelle l’arbre basse pression du moteur à turbine à gaz est couplée mécaniquement, et cela sans devoir ouvrir des vannes de décharge.
[0005] Pour cela, suivant un premier aspect de cette divulgation, un procédé de commande d’un tel ensemble moteur peut comprendre une étape dans laquelle un prélèvement de travail mécanique est commandé à la première machine électrique pour freiner une rotation de l’arbre basse pression en réponse à une activation d’un inverseur de poussée du moteur à turbine à gaz et/ou à un une perturbation de l’écoulement d’air dans un plan transversal au niveau d’une admission d’air du moteur à turbine à gaz.
[0006] Grâce à cette extraction d’énergie mécanique, la marge de stabilité du compresseur basse pression peut être efficacement élargie en réponse à ces situations à risque, et cela malgré l’inertie typiquement élevée de l’arbre basse pression, de manière plus rapide qu’avec des vannes de décharge et en récupérant de l’énergie électrique pouvant être utilisée ou stockée à bord de l’aéronef.
[0007] Ainsi, le moteur à turbine à gaz peut comprendre une soufflante couplée à l’arbre basse pression pour être entraînée en rotation par l’arbre basse pression. Dans ce cas, la soufflante pourrait comprendre des pales à calage variable et le prélèvement de travail mécanique par la première machine électrique pourrait être commandé conjointement à un changement de calage des pales de la soufflante, de manière à aussi augmenter le travail absorbé par la soufflante pour mieux freiner l’arbre basse pression. Toutefois, l’application de ce procédé est également envisageable avec d’autres types de moteur à turbine à gaz dont l’arbre basse pression serait couplé mécaniquement en rotation à des organes à grande inertie en rotation, tels que par exemple un turbopropulseur dans lequel l’arbre basse pression serait couplé mécaniquement en rotation à au moins une hélice propulsive, ou un turbomoteur dans lequel l’arbre basse pression serait couplé mécaniquement en rotation à au moins un rotor de sustentation.
[0008] Ce procédé est par ailleurs applicable aux ensembles moteurs comprenant un réducteur connecté à l’arbre basse pression pour l’entrainement d’un organe mécanique par l’arbre basse pression à travers le réducteur, comme par exemple les turboréacteurs à soufflante à réducteur ainsi que la plupart des turbopropulseurs et turbomoteurs.
[0009] Ledit travail mécanique peut notamment être commandé en boucle ouverte. Ainsi, dans sa forme la plus simple, le prélèvement d’une puissance mécanique prédéterminée peut être commandé pendant une durée de temps également prédéterminée afin de prélever le travail mécanique. Il est toutefois aussi envisageable que la puissance mécanique prélevée et/ou la durée du prélèvement soient variables, en fonction par exemple de la position de l’inverseur de poussée et/ou d’une composante de l’écoulement de l’air dans un plan transversal au niveau de l’admission d’air.
[0010] Un deuxième aspect de cette divulgation concerne une unité de commande de l’ensemble moteur susmentionné qui peut être adaptée pour commander, à la première machine électrique, un prélèvement de travail mécanique pour freiner une rotation de l’arbre basse pression en réponse à une activation d’un inverseur de poussée du moteur à turbine à gaz et/ou à un écoulement transversal au niveau d’une admission d’air du moteur à turbine à gaz.
[0011 ] Un troisième aspect de cette divulgation concerne un ensemble moteur comprenant l’unité de commande du deuxième aspect ainsi que la machine électrique et le moteur à turbine à gaz.
[0012] Un quatrième aspect de cette divulgation concerne un programme d’ordinateur pouvant comprendre des instructions qui, mises en oeuvre par une unité de commande de l’ensemble moteur susmentionné, conduisent l’unité de commande à effectuer le procédé de commande du premier aspect.
Brève description des dessins [0013] L’objet du présent exposé et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
[0014] [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d’un ensemble moteur suivant un mode de réalisation, comprenant un moteur à turbine à gaz, deux machines électriques et une unité de commande.
[0015] [Fig. 2] La figure 2 est une représentation d’un réseau électrique d’aéronef comprenant deux ensembles moteurs comme celui de la figure 1 .
Description des modes de réalisation
[0016] Comme illustré sur la figure 1 , un ensemble moteur 100 hybride suivant un mode de réalisation peut comprendre un moteur à turbine à gaz 200, une première machine électrique 300, une deuxième machine électrique 400 et une unité de commande 500. Le moteur à turbine à gaz 200 peut comprendre un arbre basse pression 210 et un arbre haute pression 220. L’arbre basse pression 210 et l’arbre haute pression 220 peuvent être arrangés coaxialement, comme illustré. Le moteur à turbine à gaz 200 peut aussi comprendre un compresseur basse pression 230, un compresseur haute pression 240, une chambre de combustion 250, une turbine haute pression 260, et une turbine basse pression 270, arrangés successivement dans le sens de l’écoulement dans une veine annulaire de fluide de travail, de manière à ce que de l’air admis en amont du compresseur basse pression 230 soit successivement comprimé dans le compresseur basse pression 230 et dans le compresseur haute pression 240, pour ensuite générer dans la chambre de combustion 250 des gaz de combustions chauds par combustion d’un carburant injecté dans cette chambre de combustion. Ces gaz de combustion peuvent alors être successivement détendus dans la turbine haute pression 260 et dans la turbine basse pression 270, de manière à les actionner en rotation. L’arbre haute pression 220 peut être couplé mécaniquement à la turbine haute pression 260 et au compresseur haute pression 240, de manière à ce que la turbine haute pression 260 puisse entrainer en rotation l’arbre haute pression 220 et le compresseur haute pression 240, tandis que l’arbre basse pression 210 peut être couplé mécaniquement à la turbine basse pression 270 et au compresseur basse pression 230, de manière à ce que la turbine basse pression 270 puisse entrainer en rotation l’arbre basse pression 210 et le compresseur basse pression 230.
[0017] Comme dans le mode de réalisation illustré, le moteur à turbine à gaz 200 peut être un turboréacteur à double flux comprenant aussi une soufflante 280, qui peut aussi être couplée mécaniquement à l’arbre basse pression 230, de manière à pouvoir être aussi entraînée en rotation par la turbine basse pression 270 à travers l’arbre basse pression 210. Comme illustré, le moteur de turbine à gaz 200 pourrait comprendre aussi un réducteur 290 interposé entre l’arbre basse pression 210 et la soufflante 280, de manière à ce que la soufflante 280 puisse être entraînée avec une moindre vitesse de rotation que l’arbre basse pression 210. Toutefois, une soufflante à entrainement direct par l’arbre basse pression 210 est également envisageable. Par ailleurs, d’autres architectures du moteur à turbine à gaz 200, sans soufflante, sont également envisageables. Ainsi, le moteur à turbine à gaz 200 pourrait alternativement être un turbopropulseur, avec au moins une hélice propulsive mécaniquement couplée à l’arbre basse pression 210 à travers le réducteur 290, ou un turbomoteur, avec au moins un rotor de sustentation mécaniquement couplé à l’arbre basse pression 210 à travers le réducteur 290. Il est également envisageable, en particulier pour un turbomoteur ou un turbopropulseur, que le moteur à turbine à gaz 200 ne comprenne qu’un seul compresseur, couplé mécaniquement à l’arbre haute pression 210.
[0018] Le moteur à turbine à gaz 200 peut par ailleurs comprendre un inverseur de poussée 281 , comprenant des clapets et des actionneurs pour rediriger vers l’avant au moins une partie de l’air impulsé par la soufflante 280, et un ou plusieurs capteurs 282 pour détecter une perturbation de l’écoulement de l’air dans un plan transversal au niveau de l’admission d’air dans le moteur à turbine à gaz 200, perturbation qui, dans un moteur à turbine à gaz 200 servant à propulser un aéronef, peut être provoquée par un vent de travers et/ou par un écoulement tourbillonnaire induit par l’aéronef lui-même. Ces capteurs 282 peuvent être disposés, comme illustré, au niveau de l’admission du moteur à turbine à gaz 200, c’est-à-dire, directement en amont de la soufflante 280, mais il serait aussi envisageable, alternativement ou en complément de cette disposition des capteurs 282, d’utiliser des capteurs disposés ailleurs à l’extérieur du moteur à turbine à gaz 200, notamment pour détecter le vent de travers, et/ou des capteurs disposés à l’intérieur du moteur à turbine à gaz 200 et adaptés à détecter une instabilité résultante d’une perturbation de l’écoulement au niveau de l’admission. Lesdits capteurs 282 peuvent notamment être des capteurs de pression dynamique.
[0019] La première machine électrique 300 peut être, comme illustré, configurée en tant que moteur-générateur pour sélectivement transformer de l’énergie électrique en travail mécanique en mode moteur et du travail mécanique en énergie électrique en mode générateur. Cette première machine électrique 300 peut être couplée mécaniquement à l’arbre basse pression 210 pour actionner, en mode moteur, l’arbre basse pression 210, et pour être actionnée, en mode générateur, par l’arbre basse pression 210. Toutefois, il est également envisageable, dans le cadre de la présente divulgation, qu’elle ne soit configurée qu’en tant que générateur électrique, apte uniquement à transformer du travail mécanique en énergie électrique.
[0020] De manière analogue, la deuxième machine électrique 400 peut aussi être, comme illustré, configurée en tant que moteur-générateur pour sélectivement transformer de l’énergie électrique en travail mécanique en mode moteur et du travail mécanique en énergie électrique en mode générateur. Cette deuxième machine électrique peut être couplée mécaniquement à l’arbre haute pression 220 pour actionner, en mode moteur, l’arbre haute pression 220, et pour être actionnée, en mode générateur, par l’arbre haute pression 220. Toutefois, il est également envisageable, dans le cadre de la présente divulgation, qu’elle ne soit configurée qu’en tant que moteur électrique, apte uniquement à transformer de l’énergie électrique en travail mécanique.
[0021] Comme illustré sur la figure 2, dans un aéronef 10, qui peut être un aéronef 10 avec un ou plusieurs ensembles moteurs 100 analogues, chacune des première et deuxième machines électriques 300, 400 de chaque ensemble moteur 100 peuvent être connectées électriquement à un réseau électrique 20. Ce réseau électrique 20 peut être un réseau électrique à courant continu, et chacune des première et deuxième machines électriques 300, 400 de chaque ensemble moteur 100 peuvent alors être connectées électriquement au réseau électrique 20 à travers un convertisseur 30 correspondant. Pour alimenter ce réseau électrique, l’aéronef 10 peut également comporter une pile à combustible 50, une dispositif de stockage électrique 60 (qui peut comprendre p.ex. une batterie et/ou un supercondensateur) et/ou un groupe électrogène auxiliaire 40, qui peut comporter un générateur 41 couplé mécaniquement à un moteur à combustion 42 pour son actionnement et être connecté électriquement au réseau électrique 20 à travers un autre convertisseur 30.
[0022] L’unité de commande 500 peut être une unité de commande électronique, éventuellement une unité de commande moteur numérique à pleine autorité (en anglais : « Full Authority Digital Engine Control » ou FADEC). Elle peut notamment prendre la forme d’un processeur électronique apte à mettre en oeuvre les instructions d’un programme d’ordinateur pour commander le fonctionnement de l’ensemble moteur 100. Cette unité de commande 500 peut être connectée au moteur à turbine à gaz 200 notamment pour recevoir des données des capteurs 282 et/ou pour commander l’alimentation de la chambre de combustion 250 en carburant, la position des clapets de l’inverseur de poussée 281 et/ou le calage des différents aubages réglables, ainsi qu’à chacune des première et deuxième machine électriques 300, 400 pour commander l’injection et/ou extraction de travail mécanique de l’arbre basse pression 210 et de l’arbre haute pression 220, respectivement. L’unité de commande 500 peut aussi être connecté à une commande manuelle, comme par exemple une manette de gaz 80, et/ou à un ordinateur de vol 90, afin de recevoir une consigne de fonctionnement de l’ensemble moteur 100, qui peut par exemple prendre la forme d’une consigne de poussée, de puissance, ou de vitesse de rotation de l’arbre basse pression 210 et/ou de l’arbre haute pression 220. Dans l’aéronef 10, l’unité de commande 500 de chaque ensemble moteur 100 peut par ailleurs être aussi connectée à une unité de commande 70 du réseau électrique 20, qui peut être connectée à son tour à chaque convertisseur 30, au groupe électrogène 40, à la pile à combustible 50 et/ou au dispositif de stockage électrique 60, afin de maintenir un équilibre dans le réseau électrique 20.
[0023] L’unité de commande 500 peut être adaptée pour mettre en oeuvre un procédé de commande de l’ensemble moteur 100, dans lequel, en réponse à l’activation de l’inverseur de poussée 281 et/ou à un écoulement transversal détecté à travers les capteurs 282 au niveau de l’admission d’air du moteur à turbine à gaz 200, le prélèvement d’un travail mécanique Wei est commandé à la première machine électrique 300 pour freiner la rotation de l’arbre basse pression 210. Le travail mécanique Wei apporté par la première machine électrique 300 peut être commandé en boucle ouverte. Dans ce cas, chacune de la puissance prélevée par la première machine électrique 300 pendant cet apport et de la durée de cet apport peut être prédéterminée ou variable en fonction, par exemple, d’une consigne de position de l’inverseur de poussée et/ou d’une composante transversale d’écoulement de l’air au niveau de l’admission du moteur à turbine à gaz 200. La puissance prélevée peut être constante pendant la durée de l’apport ou suivre un profil prédéterminé.
[0024] Afin d’assurer l’alimentation électrique de la première machine électrique 300 pendant l’apport tout en maintenant l’équilibre du réseau électrique 20, l’unité de commande 500 peut commander, simultanément au prélèvement du travail mécanique Wei par la première machine électrique 300 sur l’arbre basse pression 210, l’injection d’une énergie électrique correspondante par la deuxième machine électrique 400 dans l’arbre haute pression 220 et/ou son stockage dans le dispositif de stockage électrique 60.
[0025] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de commande d'un ensemble moteur (100) d'aéronef comprenant au moins une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200) avec un arbre haute pression (220) et un arbre basse pression (210) couplé mécaniquement à la première machine électrique (300), le procédé de commande comprenant une étape dans laquelle un prélèvement de travail mécanique est commandé à la première machine électrique (300) pour freiner une rotation de l'arbre basse pression (210) en réponse à une activation d'un inverseur de poussée (281) du moteur à turbine à gaz (200) et/ou à une perturbation de l'écoulement d'air dans un plan transversal au niveau d'une admission d'air du moteur à turbine à gaz (200).
[Revendication 2] Procédé de commande suivant la revendication 1, dans lequel le moteur à turbine à gaz (200) est un turboréacteur comprenant une soufflante (280) couplée à l'arbre basse pression (210) pour être entraînée en rotation par l'arbre basse pression (210).
[Revendication 3] Procédé de commande suivant la revendication 2, dans lequel la soufflante (280) comprend des pales à calage variable et le prélèvement de travail mécanique par la première machine électrique (300) est commandé conjointement à un changement de calage des pales de la soufflante (280).
[Revendication 4] Procédé de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un réducteur (290) connecté à l'arbre basse pression (210) pour l'entrainement d'un organe mécanique par l'arbre basse pression (210) à travers le réducteur (290).
[Revendication 5] Procédé de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit prélèvement de travail mécanique est commandé en boucle ouverte.
[Revendication 6] Procédé de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une étape supplémentaire de consommation et/ou stockage d'une énergie électrique générée par ledit prélèvement de travail mécanique.
[Revendication 7] Unité de commande (500) d'un ensemble moteur (100) d'aéronef comprenant au moins une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200) avec un arbre haute pression (220) et un arbre basse pression (210) couplé mécaniquement à la première machine électrique (300), l'unité de commande (500) étant caractérisée en ce qu'elle est adaptée pour commander, à la première machine électrique (300), un prélèvement de travail mécanique pour freiner une rotation de l'arbre basse pression (210) en réponse à une activation d'un inverseur de poussée (281) du moteur à turbine à gaz (200) et/ou à une perturbation de l'écoulement d'air dans un plan transversal au niveau d'une admission d'air du moteur à turbine à gaz (200).
[Revendication 8] Ensemble moteur (100) d'aéronef comprenant l'unité de commande (500) de la revendication 7 ainsi que la première machine électrique (300) et le moteur à turbine à gaz (200).
[Revendication 9] Programme informatique comprenant des instructions qui, mises en oeuvre par une unité de commande (500) d'un ensemble moteur (100) d'aéronef comprenant une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200) avec un arbre haute pression (220) et un arbre basse pression (210) couplé mécaniquement à la première machine électrique (300), conduisent l'unité de commande (500) à effectuer le procédé de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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