EP4494235A1 - Système électrique pour un aéronef équipé d'un moteur - Google Patents

Système électrique pour un aéronef équipé d'un moteur

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EP4494235A1
EP4494235A1 EP23714246.8A EP23714246A EP4494235A1 EP 4494235 A1 EP4494235 A1 EP 4494235A1 EP 23714246 A EP23714246 A EP 23714246A EP 4494235 A1 EP4494235 A1 EP 4494235A1
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EP
European Patent Office
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bus
electrical
converter
generator
power
Prior art date
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Pending
Application number
EP23714246.8A
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German (de)
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Inventor
Anne Marie LIENHARDT
Yann FEFERMANN
Florent ROUGIER
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Safran SA
Original Assignee
Safran SA
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Publication date
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    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
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    • H02P2103/00—Controlling arrangements characterised by the type of generator
    • H02P2103/20—Controlling arrangements characterised by the type of generator of the synchronous type

Definitions

  • This application concerns the aeronautics field. More specifically, the present application concerns the electrical power supply of an aircraft equipped with a motor.
  • An aircraft may include electrical loads, such as a defrosting system or a pressurization module of a cabin of the aircraft, as well as an alternating current network and a direct current network, which are in particular intended to power these charges in electrical energy.
  • the electrical power circulating on these networks is generally produced by rotating bodies of the aircraft engine. In this case, the electrical production must be able to be distributed between the rotating bodies. Under certain conditions, these rotating bodies must be able to receive electrical power, typically to be started and/or assisted in flight. These constraints must not, however, increase the mass or reduce the efficiency of the engine.
  • An aim of the invention is to improve the electrical system making it possible to supply an aircraft with electrical energy from the rotating bodies of its engine.
  • an electrical system for an aircraft comprising: a first bus intended to be connected to an alternating current network of an aircraft to allow transfer of electrical power from the first bus to AC network; a second bus intended to be connected to a direct current network of the aircraft to allow transfer of electrical power from the second bus to the direct current network; a first electrical generator connected to the first bus to inject or draw electrical power from the first bus, the first electrical generator being intended to be connected to a first rotating body of an engine of the aircraft to allow an exchange of mechanical power and /or electric between the first rotating body and the first electric generator; a first alternating current to direct current converter, the first converter being connected to the first bus to inject or take electrical power from the first bus and to the second bus to inject or draw electrical power from the second bus; a second electrical generator intended to be connected to a second rotating body of the engine of the aircraft to allow an exchange of mechanical and/or electrical power between the second rotating body and the second electrical generator; and a second alternating current to direct current converter
  • the electrical system according to the present disclosure may comprise at least one of the characteristics, taken alone or in combination:
  • a third bus intended to be connected to the alternating current network to allow transfer of electrical power from the third bus to the alternating current network; a third electrical generator connected to the third bus to inject or draw electrical power from the third bus, the third electrical generator being provided to be connected to the first rotating body to allow an exchange of mechanical and/or electrical power between the first rotating body and the third electric generator; a third alternating current to direct current converter, the third converter being connected to the third bus to inject or draw electrical power from the third bus and to the second bus to inject or draw electrical power from the second bus; a fourth electrical generator intended to be connected to the second rotating body to allow an exchange of mechanical and/or electrical power between the second rotating body and the fourth electrical generator; and a fourth alternating current to direct current converter, the fourth converter being connected to the fourth electrical generator to allow an exchange of electrical power between the fourth electrical generator and the fourth converter and to the second bus to inject or draw electrical power from the second bus ;
  • the third electric generator is configured to ensure voltage regulation of the third bus
  • the first electric generator is configured to ensure voltage regulation of the first bus
  • At least one of the converters is configured to operate according to at least one of the following operating modes: a forced mode, in which the converter ensures power regulation of at least one bus to which it is connected; a free mode, in which the converter ensures voltage regulation of the second bus;
  • a controller configured to control at least one of the converters so as to determine its operating mode
  • the first electric generator is connected to the controller and configured to receive a setpoint from the controller to ensure power regulation of the first bus.
  • an aircraft comprising: an engine comprising a first rotating body and a second rotating body; an alternating current network; a direct current network; and an electrical system as previously described, in which the first bus is connected to the alternating current network, the second bus is connected to the direct current network, the first electric generator and/or the third electric generator is connected to the first rotating body , and the second electric generator and/or the fourth electric generator is connected to the second rotating body.
  • the aircraft according to the present disclosure may comprise at least one of the characteristics, taken alone or in combination:
  • the first rotating body is a high pressure body and the second rotating body is a low pressure body;
  • the first rotating body is a low pressure body and the second rotating body is a high pressure body.
  • a method for controlling an electrical system as previously described, the method being implemented by the controller and comprising: controlling the second converter so that it operates in free mode to ensure voltage regulation of the second bus; receiving a first measurement of electrical power injected by the first electrical generator onto the first bus; receiving a second measurement of electrical power exchanged between the second electrical generator and the second converter; comparing a ratio between the first measurement and the second measurement with a reference value; and controlling the first converter so that, if the ratio is different from the reference value, it operates in a forced mode in which it regulates the power of the first bus.
  • another method of controlling an electrical system as previously described comprising: receiving a measurement of an electrical power injected by the first electric generator onto the first bus; comparing the measurement with a reference value; controlling the first converter so that, if the measurement is different from the reference value, it operates in a forced mode in which it regulates the power of the first bus; and controlling the second converter so that it operates in free mode to ensure voltage regulation of the second bus.
  • another method of controlling an electrical system as previously described comprising: receiving a measurement of an electrical power exchanged between the second electric generator and the second converter; comparing the measurement with a reference value; and controlling the second converter so that, if the measurement is different from the reference value, it operates in a forced mode in which it regulates the power of the second bus; and controlling the first converter so that it operates in free mode to ensure voltage regulation of the second bus.
  • one of the other control methods according to the present disclosure may further comprise a step of controlling the first electrical generator so that it regulates the voltage of the first bus.
  • yet another method of controlling an electrical system as previously described is proposed, the method being implemented by the controller and comprising: receiving a measurement of a power electricity injected by the first electric generator on the first bus; comparing the measurement with a reference value; controlling the first electric generator so that, if the first measurement is different from the first reference value, it regulates the power of the first bus; controlling the first converter so that it operates in free mode to ensure voltage regulation of the first bus and the second converter so that it operates in free mode to ensure voltage regulation of the second bus.
  • a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer of the controller, lead the latter to implement the control method according to any one modes of implementation previously described.
  • a computer-readable medium comprising instructions which, when executed by a computer of the controller, lead the latter to implement the control method according to any one modes of implementation previously described.
  • Figure 1 illustrates an aircraft schematically.
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a propulsion assembly for an aircraft.
  • Figure 3 schematically illustrates an electrical system according to one aspect of the present disclosure.
  • Figure 4 is a more detailed illustration of Figure 3.
  • Figure 7 is a flowchart illustrating another aspect of the first variant of the control method according to the present disclosure.
  • Figure 8 is a flowchart illustrating another aspect of the first variant of the control method according to the present disclosure.
  • Figure 9 is a flowchart illustrating one aspect of a second variant of a control method according to the present disclosure.
  • Figure 1 illustrates an aircraft 100 comprising at least one propulsion assembly 1, in this case two propulsion assemblies 1.
  • the aircraft 100 shown is an airplane, civil or military, but could be any other type of aircraft 100, such as 'a helicopter.
  • the propulsion assemblies 1 are attached and fixed to the aircraft 100, each under a wing of the aircraft 100, as visible in Figure 1. This is however not limiting, since at least one propulsion assembly 1 can also be mounted on the wing of the aircraft or at the rear of its fuselage.
  • the aircraft 100 also includes a plurality of electrical loads (or receivers) (not shown).
  • Each electrical load is a device powered by electrical energy and can be configured to transform the electrical energy which powers it into another form of energy, such as heat or mechanical energy.
  • Non-limiting examples of electrical loads of the aircraft 100 are: an electric motor, a heating and/or air conditioning system, a compressor, etc. These electrical charges make it possible in particular to ensure a certain number of functionalities, in flight and on the ground, such as the pressurization and/or illumination of the cabin of the aircraft 100, the operation of the cockpit, etc.
  • the aircraft 100 comprises a plurality of electrical networks, including at least one alternating current network 43_AC and a direct current network 44_DC, illustrated in Figure 3 to Figure 4.
  • Each electrical network 43_AC, 44_DC typically comprises a set of electricity conductors, typically a set of wire(s) or bar(s) and/or an assembly of wire(s) and/or one (or more) printed track(s) s) and/or any device used to conduct electricity.
  • the 43_AC alternating current network only allows the circulation of electrical energy in the form of an alternating signal
  • the 44_DC direct current network only allows the circulation of electrical energy in the form of a direct signal .
  • the electrical energy consumed by the electrical loads can, at least in part, be produced by the motor 2 of the propulsion assembly 1, and more precisely by means of rotating bodies 20, 22, 26 of the motor 2.
  • Figure 2 illustrates a propulsion assembly 1 having a longitudinal axis X-X, and comprising an engine 2 (or turbomachine) and a nacelle 3 surrounding the engine 2.
  • the propulsion assembly 1 is intended to be mounted on an aircraft 100, for example in the manner illustrated in Figure 1.
  • the propulsion assembly 1 may comprise a mast (not shown) intended to connect the propulsion assembly 1 to a part of the aircraft 100.
  • Engine 2 illustrated in Figure 2 is a twin-body, dual-flow, direct-drive turbojet. This is, however, not limiting since the engine 2 may have a different number of bodies and/or flows, and/or be another type of turbojet, such as a reduction turbojet or a turboprop.
  • an axial direction corresponds to the direction of the longitudinal axis XX and a radial direction is a direction perpendicular to the longitudinal axis XX and intersecting the longitudinal axis XX.
  • an axial plane is a plane containing the longitudinal axis XX and a radial plane is a plane perpendicular to the longitudinal axis XX.
  • a circumference is understood as a circle belonging to a radial plane and whose center belongs to the longitudinal axis XX.
  • a tangential or circumferential direction is a direction tangent to a circumference: it is perpendicular to the longitudinal axis XX but does not pass through the longitudinal axis XX.
  • the adjectives “interior” (or “internal”) and “exterior” (or “external”) are used in reference to a radial direction so that the part interior of an element is, in a radial direction, closer to the longitudinal axis XX than the exterior part of the same element.
  • the engine 2 comprises, from upstream to downstream, a fan 20, a compression section 22 comprising a low pressure compressor 220 and a high pressure compressor 222, a combustion chamber 24 and a expansion section 26 comprising a high pressure turbine 262 and a low pressure turbine 260.
  • the fan 20, the rotor part of the low pressure compressor 220, and the rotor part of the low pressure turbine 260 are interconnected by a low pressure shaft 280 extending along the longitudinal axis rotary.
  • the rotor part of the high pressure compressor 222 and the rotor part of the high pressure turbine 262 are interconnected by a high pressure shaft 282 extending along the longitudinal axis X-X, the high pressure compressor 222 and the high pressure turbine 262 then forming a high pressure body 222, 262, 282 (HP body), which is a second rotating body.
  • the compression section 22, the combustion chamber 24 and the expansion section 26 are surrounded by a motor casing 23, while the fan 20 is surrounded by a fan casing 25.
  • the motor casing 23 and the fan casing 25 are interconnected by profiled structural arms 27 forming rectifiers (or OGV for “Outlet Guide Vanes” in Anglo-Saxon terminology) distributed circumferentially all around the longitudinal axis XX.
  • rectifiers or OGV for “Outlet Guide Vanes” in Anglo-Saxon terminology
  • the nacelle 3 extends radially outside the engine 2, all around the longitudinal axis X-X, so as to surround both the fan casing 25 and the motor casing 23, and to define, with a downstream part of the motor casing 23, a downstream part of a secondary vein B, the upstream part of the secondary vein B being defined by the fan casing 25 and an upstream part of the motor casing 23.
  • the upstream part of the nacelle 3 further defines an air inlet 29 through which the fan 20 sucks the air flow circulating through the propulsion assembly 1.
  • the nacelle 3 is integral with the fan casing 25 and attached and fixed to the aircraft 100 by means of the mast.
  • the motor 2 can also include at least one accessory box (not shown), called ⁇ GB (for “Accessory gear box” in Anglo-Saxon terminology), typically housed in a cavity provided within the nacelle 3.
  • the accessory box comprises a set of gears making it possible to rotate a plurality of shafts around their own axis, accessories being mounted on these shafts to pull from their rotation a useful mechanical power.
  • the set of gears is itself driven using a power take-off shaft connecting, possibly via a transfer case (not shown), the accessory case to one at least among the high pressure body 222, 262, 282 and the low pressure body 20, 220, 260, 280, typically being meshed with at least one of the high pressure shaft 282 and the low pressure shaft 280.
  • the power take-off shaft can extend inside a longitudinal cavity provided within one of the structural arms 27.
  • mechanical power is capable of being taken from at least one of the high pressure body 222, 262, 282 and the low pressure body 20, 220, 260, 280 to be delivered to at least one of the accessories via the accessory housing.
  • the motor 2 can also include a plurality of electrical loads (not shown), such as a starter or a battery, which must also be supplied with electrical energy, some in the form of an alternating signal, others in the form of a continuous signal.
  • a plurality of electrical loads such as a starter or a battery, which must also be supplied with electrical energy, some in the form of an alternating signal, others in the form of a continuous signal.
  • the blower 20 draws in a flow of air, a portion of which, circulating within a primary vein A, is successively compressed within the compression section 22, ignited within the combustion chamber 24 and relaxed within the expansion section 26 before being ejected out of the engine 2.
  • the primary vein A passes through the engine casing 23 from side to side.
  • Another portion of the air flow circulates within the secondary vein B which takes an elongated annular shape surrounding the engine casing 23, the air sucked in by the fan 20 being straightened by the rectifiers then ejected out of the propulsion assembly 1
  • the propulsion assembly 1 generates thrust. This thrust can, for example, be used for the benefit of the aircraft 100 on which the propulsion assembly 1 is attached and fixed.
  • Figure 3 illustrates an electrical system 4 distributed between the propulsion assembly 1 and the aircraft 100 for supplying electrical energy to the electrical loads of the engine 2 and/or the aircraft 100, typically by means of the alternating current network 43_AC and the direct current network 44_DC.
  • the electrical system 4 comprises a first bus 411_AC connected to the alternating current network 43_AC to allow transfer of electrical power from the first bus 411_AC to the 43_AC alternating current network.
  • the first bus 411_AC is therefore configured to authorize the circulation of electrical energy in the form of an alternating signal.
  • the electrical system 4 further comprises a second bus 412_DC connected to the direct current network 44_DC to allow transfer of electrical power from the second bus 412_DC to the direct current network 44_DC.
  • the second bus 412_DC is therefore configured to authorize the circulation of electrical energy in the form of a continuous signal.
  • Each of the first bus 411_AC and the second bus 412_DC typically comprises a set of electricity conductors, typically a set of wire(s) or bar(s) and/or an assembly of wire(s) and/or one (or more ) printed track(s) and/or some device which is used to conduct electricity.
  • the electrical loads of motor 2 can also be connected to at least one of the first bus 411_AC and the second bus 412_DC to extract the electrical energy necessary for their operation.
  • the electrical system 4 further comprises a first electrical generator 401 connected to the first bus 411_AC to inject or draw electrical power from the first bus 411_AC.
  • the first electrical generator 401 is, moreover, connected to a rotating body 20, 22, 26 of the motor 2 to allow an exchange of mechanical and/or electrical power between the rotating body 20, 22, 26 and the first electrical generator 401.
  • the electrical system 4 comprises a second electrical generator 402 connected to another rotating body 20, 22, 26 of the motor 2 to allow an exchange of mechanical and/or electrical power between the other rotating body 20, 22, 26 and the second electric generator 402.
  • Each of the first electric generator 401 and the second electric generator 402 can typically be a synchronous machine with a wound rotor, typically comprising three stages, called VFG (for “Variable Frequency Generator” in Anglo-Saxon terminology), driven by one at least among the high pressure shaft 282 and the low pressure shaft 280 of the motor 2, typically via the accessory box.
  • VFG for “Variable Frequency Generator” in Anglo-Saxon terminology
  • Such a machine has the particular advantage of being able to be controlled to regulate the voltage of the bus to which it is connected.
  • the first electrical generator 401 is a VFG type machine
  • the first electrical generator 401 can then control the voltage of the first bus 411_AC according to a predetermined voltage, typically 115Vac or 230Vac, depending, in particular, on the quality constraints of the network at alternating current 43_AC.
  • the first electric generator 401 is a synchronous machine VFG type
  • the second electric generator 402 is a PMSM type permanent magnet synchronous machine.
  • Each of the first electric generator 401 and the second electric generator 402 is therefore connected to a rotating body 20, 22, 26 distinct from the motor 2.
  • the first electric generator 401 is connected to the high pressure body 222, 262, 282 and the second electric generator 402 is connected to the low pressure body 20, 220, 260, 280.
  • the first electric generator is connected to the low pressure body and the second electric generator is connected to the high pressure body.
  • Each of the first electric generator 401 and the second electric generator 402 can therefore operate as an electric motor, when it draws electrical power from the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC to transmit mechanical power to the rotating body 20, 22 , 26 to which it is connected.
  • each of the first electrical generator 401 and the second electrical generator 402 can operate as an electrical generator, when it injects electrical power onto the first bus 411_AC and/or onto the second bus 412_DC which it has transformed from a power mechanics extracted on the rotating body 20, 22, 26 to which it is connected.
  • the first electric generator 401 may comprise a control device 4010 configured to control the alternating voltage generated by the first electric generator 401 on the first bus 411_AC.
  • Figure 3 also illustrates that the electrical system 4 comprises a first converter 421 from alternating current to direct current, which is connected both to the first bus 411_AC, to inject or take electrical power from the first bus 411_AC, and to the second bus 412_DC, to inject or take electrical power from the second bus 412_DC.
  • the first converter 421 is reversible and allows part of the electrical power generated by the first electrical generator 401 to be transferred from the first bus 411_AC to the second bus 412_DC.
  • the first converter 421 also makes it possible to transfer electrical power from the second bus 412_DC to the first bus 411_AC to provide electrical power to the first electrical generator 401.
  • the first electrical generator 401 can thus transform this electrical power received from the second bus 412_DC in mechanical power for the benefit of the rotating body 20, 22, 26 to which it is connected. As will be described in more detail below, this can typically take place when starting motor 2 or during an assistance phase for motor 2.
  • Figure 3 finally illustrates that the electrical system 4 comprises a second converter 422 from alternating current to direct current, which is connected both to the second electrical generator 402 to allow an exchange of electrical power between the second electrical generator 402 and the second converter 422, and to the second bus 412_DC to inject or take electrical power from the second bus 412_DC.
  • the second converter 422 By controlling the second converter 422, it is therefore possible to inject or take mechanical power from the rotating body 20, 22, 26 to which the second electrical generator 402 is connected.
  • Each of the first converter 421 and the second converter 422 can take the form of an inverter or a rectifier, controlled or not.
  • Figure 4 illustrates the electrical system 4 in more detail.
  • each of the first converter 421 and the second converter 422 comprises a control device 4210, 4220, while the electrical system 4 comprises a controller 45 configured to control each of the first converter 421 and the second converter 422, preferably via their control device 4210, 4220.
  • the controller 45 can be a controller 45 of the motor 2, which controls the control devices 4210, 4220 by means of control references (in current, power , couple, etc.).
  • the controller 45 comprises a processor (not shown) configured to implement at least one aspect of at least one of the variants of the control method E, E', E”, E'” of the electrical system 4 described in more detail in Figure 6 to Figure 9.
  • the processor of the controller 45 is adapted to read a computer-readable medium comprising instructions which, when executed by a computer such as the processor of the controller 45, cause the latter to implement implements the control process E, E', E”, E'”.
  • the computer-readable medium and/or the controller 45 are configured to load, typically within a memory, a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer such as the processor of the controller 45, lead it to implement the control process E, E', E”, E'”.
  • controller 45 may include memory (not shown).
  • the power regulation of the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC ensures that the electrical power transmitted to the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC by the first electrical generator 401 and/or the second generator electrical 402 is sufficient to meet the demand for the electrical loads of the aircraft 100 and/or the engine 2 on the alternating current network 43_AC and/or on the direct current network 44_DC.
  • the power regulation of the first bus 411_AC and/or or the second bus 412_DC is implemented by at least one of the first converter 421 and the second converter 422.
  • the first electric generator 401 can be configured to receive a setpoint from the controller 45, which allows it to regulate the power of the first bus 411_AC.
  • Voltage regulation of the first 411_AC bus and/or the second 412_DC bus is critical. Indeed, the temporal evolution of the electrical voltage within the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC, during the operation of the electrical system 4, must remain within the limits of a template even if, of course, it may occasionally vary around a given nominal value. Indeed, for all the elements which are connected to the first bus 411_AC and/or to the second bus 412_DC to function correctly, the electrical voltage must not take values which exceed the limits of the template.
  • the template defines, in fact, the upper and lower limits of excursion of the electrical voltage, as a function of time, during the operation of the electrical system 4.
  • the template may include limits defined for normal and/or abnormal operating conditions , which limits surround, symmetrically or not, a nominal electrical voltage level of the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC.
  • limits surround, symmetrically or not, a nominal electrical voltage level of the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC.
  • a limit of a template is typically represented as a line, broken or not.
  • the limit it is common for the limit to then define a value of constant electrical voltage, in order to guarantee the stability of operation of the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC and, therefore, of the electrical system 4.
  • Such a template can, for example, be defined in a standard relating to quality of the electrical system 4 and/or the alternating current network 43_AC and/or the direct current network 44_DC, but also be defined by a specification of a device to which the electrical system 4 is connected, typically the requirements of the manufacturer of the aircraft 100 within which the electrical system 4 is integrated.
  • the voltage regulation of the first bus 411_AC is advantageously implemented by the first electric generator 401, in particular when it This is a VFG type synchronous machine.
  • the voltage regulation of the second bus 412_DC is advantageously implemented by at least one of the first converter 421 and the second converter 422, except when starting the motor 2, where this voltage regulation cannot be ensured. by the converters 421, 422 and where, as will be described in more detail below, it is necessary for another electrical source to be connected to the second bus 412_AC to ensure voltage regulation.
  • the first electric generator 401 which ensures the power regulation of the first bus 411_AC
  • the first converter 421 which ensures the voltage regulation of the first bus 411_AC
  • the second converter 422 which ensures voltage regulation of the second bus 412_AC.
  • each of the first converter 421 and the second converter 422 is configured to operate in various operating modes.
  • the controller 45 is therefore configured to control the first converter 421 and/or the second converter 422 so as to determine its mode of operation, but also the associated setpoint (generation or assistance, as described in detail below).
  • the controller 45 can receive a measurement of the power exchanged between the first electrical generator 401 and the rotating body 20, 22, 26 to which it is connected, which can typically be provided by the control device 4010 of the first electrical generator 401, and a measurement of the power exchanged between the second electrical generator 402 and the rotating body 20, 22, 26 to which it is connected, which can typically be provided by the control device 4220 of the second converter 422.
  • the controller 45 can calculate the control references to be transmitted to the control devices 4210, 4220 of the converters 421, 422 determining a forced mode and the level of fixed electrical power that they must take and/or inject on the first bus 411_AC and/or the second bus 412_DC.
  • FIG 5 illustrates an electrical system 4 according to another embodiment, similar to the embodiment illustrated in Figure 3 and in Figure 4.
  • the electrical system 4 also includes a third electrical generator 403 connected to the third bus 413_AC to inject or take electrical power from the third bus 413_AC, the third electrical generator 403 being connected to the same rotating body 20, 22, 26 as the first electrical generator 401, to allow an exchange of mechanical and/or electrical power between this rotating body and the third electrical generator 403.
  • the third electrical generator 403 preferably has a structure and operation identical to the first electrical generator 401.
  • the voltage regulation of the third bus 413_AC is advantageously implemented by the third electric generator 403, typically when it is a VFG type synchronous machine.
  • the third electric generator 403 can be configured to receive a set point of the controller 45, which allows it to regulate the power of the third bus 413_AC.
  • the electrical system 4 comprises a third converter 423 from alternating current to direct current, the third converter 423 being, on the one hand, connected to the third bus 413_AC, to inject or draw off electrical power on the third bus 413_AC and, on the other hand, to the second bus 412_DC, to inject or take electrical power from the second bus 412_DC.
  • the third converter 423 advantageously has a structure and operation identical to the first converter 421.
  • the third converter 423 can comprise a control device (not shown) configured to control the alternating voltage generated by the third electrical generator 403 on the third bus 413_AC.
  • the electrical system 4 comprises a fourth electrical generator 404 connected to the same rotating body 20, 22, 26 as the second electrical generator 402, to allow an exchange of mechanical and/or electrical power between this rotating body and the fourth electric generator 404.
  • the fourth electric generator 404 preferably has a structure and operation identical to the second electric generator 402.
  • the electrical system 4 comprises a fourth converter 424 from alternating current to direct current, the fourth converter 424 being, on the one hand, connected to the fourth electrical generator 404, to allow an exchange of electrical power between the fourth electrical generator 404 and the fourth converter 424 and, on the other hand, to the second bus 412_DC, to inject or take electrical power from the second bus 412_DC.
  • the fourth converter 424 preferably has a structure and operation identical to the second converter 422.
  • Each of the third converter 423 and the fourth converter 424 can also include a control device (not shown), and operate according to the operating modes described for the first converter 421 and the second converter 422, in particular, in forced mode, for regulation in power from the third bus 413_AC and/or the second bus 412_DC by injection and/or withdrawal of an electrical power fixed on the third bus 413_AC and/or the second bus 412_DC, or, in free mode, for voltage regulation of the second bus 412_DC, and, in the second variant in which it is the first electric generator 401 which ensures the power regulation of the first bus 411_AC and/or it is the third electric generator 403 which ensures the power regulation of the third bus 413_AC, for voltage regulation of the third bus 413_AC..
  • the controller 45 is configured to control one of the third converter 423 and the fourth converter 424 so as to determine its mode of operation.
  • each electrical system 4 may be connected to an alternating current network 43_AC and/or a direct current network 44_DC which is distinct, or not, from the other electrical system 4. This advantageously makes it possible to benefit from redundancy between the electrical systems of each of the motors 2.
  • the electrical system 4 is used to power the electrical loads of the aircraft 100 and/or the engine 2, while respecting a distribution of the electrical power generated from the high and low pressure bodies 20, 22, 26 of the motor 2 imposed on it by the controller 45. More precisely, the second converter 422 is controlled E1 so as to operate in a free mode, thus ensuring the voltage regulation of the second bus 412_DC.
  • a first measurement m1 of an electrical power injected by the first electrical generator 401 on the first bus 411_AC and a second measurement m2 of an electrical power exchanged between the second electrical generator 402 and the second converter 422 are received E2, E3 then, a ratio m1/m2 between the first measurement and the second measurement is compared E4 to a reference value, typically the value imposed by the controller 45 for the power distribution to be taken from each of the high and low pressure bodies 20, 22, 26. Finally, if the ratio is different from the reference value, the first converter 421 is controlled E5 so as to operate in a forced power regulation mode of the first bus 411_AC into which it injects or withdraws an electrical power fixed on the first bus 411_AC.
  • the controller 45 permanently adapts the control reference of the first converter 421 so as to respect a predetermined distribution of the electrical power generated by the first electrical generator 401 and the second electrical generator 402.
  • the voltage of the first bus 411_AC is, for its part, regulated by the first electric generator 401, particularly when the latter is a VFG type synchronous machine.
  • the electrical system 4 is used to assist the rotating body 20, 22, 26 (preferably the HP body) connected to the first electric generator 401. More precisely, to assist the rotating body 20, 22, 26 connected to the first electric generator 401, a measurement m1' of an electric power injected by the first electric generator 401 on the first bus 411_AC is received E' 1 and compared E'2 to a reference value, which is typically the requested power to assist the rotating body 20, 22, 26 to which the first electrical generator 401 is connected.
  • a measurement m1' of an electric power injected by the first electric generator 401 on the first bus 411_AC is received E' 1 and compared E'2 to a reference value, which is typically the requested power to assist the rotating body 20, 22, 26 to which the first electrical generator 401 is connected.
  • the first converter 421 is controlled E'3 so as to operate in a forced mode in which it regulates the power of the first bus 411_AC, that is to say it injects or withdraws an electrical power fixed on the first bus 411_AC.
  • the second converter 422 is then controlled E’4 so as to operate in a free mode, thus ensuring the voltage regulation of the second bus 412_DC.
  • the voltage of the first bus 411_AC is, for its part, regulated by the first electric generator 401, in particular when the latter is a VFG type synchronous machine.
  • the electrical system 4 is used to assist the rotating body 20, 22, 26 (preferably the BP body) connected to the second electrical generator 402. More precisely, a measurement m2” of an electrical power exchanged between the second electric generator 402 and the second converter 422 is received E”1 and compared E”2 to a reference value, which is typically the power required to assist the rotating body 20, 22, 26 to which the second electric generator is connected 402. If the measurement m2” is different from the reference value, the second converter 422 is controlled E”3 so as to operate in a forced mode in which it regulates the power of the second bus 412_DC, that is to say that it injects or withdraws an electrical power fixed on the second bus 412_DC.
  • the first converter 421 is controlled E”4 so as to operate in a free mode, such that it thus ensures the voltage regulation of the second bus 412_DC.
  • the voltage of the first bus 411_AC is, for its part, regulated by the first electric generator 401, particularly when the latter is a VFG type synchronous machine.
  • the controller 45 permanently adapts the control reference of the first converter 421 and/or the second converter 422 so as to assist the rotating bodies 20, 22, 26 by means of the first electrical generator 401 and/or the second electric generator 402, while ensuring the voltage regulation of the second bus 412_DC, the voltage regulation of the first bus 411_AC being, for its part, advantageously ensured by the first electric generator 401, in particular when the latter is a synchronous machine of type VFG.
  • the electrical system 4 is also used E'” to assist the rotating body 20, 22, 26 (preferably the HP body) connected to the first electrical generator 401, but this time using the capacity of the first electrical generation 401 to receive a setpoint from the controller 45 to regulate the power of the first bus 411_AC.
  • a measurement m1”’ of an electrical power injected by the first electrical generator 401 on the first bus 411_AC is received E’”1, this time by the first electrical generator 401, which compares E’”2 this measurement m1 '” to a reference value, which is typically the power required to assist the rotating body 20, 22, 26 (preferably HP body) to which the first electrical generator 401 is connected and which the controller 45 will have transmitted to it.
  • the measurement m1 '” is different from the reference value, it is indeed the first electric generator 401, and no longer the first converter 421 as in the first variant of the control method E, E', E”, which is controlled E'”3 so as to regulate the power of the first bus 411_AC, that is to say to inject or draw off an electrical power fixed on the first bus 411_AC.
  • each of the first converter 421 and the second converter 422 is then controlled E'”4 so as to operate in a free mode allowing them to ensure voltage regulation, respectively, of the first bus 411_AC and the second bus 412_DC.
  • the electrical system and the control method described make it possible to generate, distribute and control a mixed power making it possible to power electrical loads of the aircraft and/or the engine which operate on both alternating current and direct current, while taking into account the constraints of the engine both when it generates power or when it must be assisted.
  • the electric motors/generators of the electrical system are not only used to power these electrical loads. Indeed, they also make it possible to optimize the operation of the engine, whether at the time of starting or during an assistance phase, according to its specific constraints, particularly in terms of power distribution between the rotating bodies. .
  • converters make it possible to regulate the voltage of electrical system buses, and more particularly the direct current bus, which guarantees the stability and improves the safety of the electrical system in operation.
  • the electrical system according to one of the embodiments described can adapt to any type of demand from the direct current network and/or the alternating current network, which makes it possible to respond to the trend of increased electrification aircraft.

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Abstract

La présente divulgation concerne un système électrique (4) pour aéronef (100) comprenant : un premier bus (411); un deuxième bus (412); un premier générateur (401); un premier convertisseur (421); un deuxième générateur (402); et un deuxième convertisseur (422).

Description

SYSTEME ELECTRIQUE POUR UN AERONEF EQUIPE D’UN MOTEUR
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente demande concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, la présente demande concerne l’alimentation électrique d’un aéronef équipé d’un moteur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un aéronef peut comprendre des charges électriques, telles qu’un système de dégivrage ou un module de pressurisation d’une cabine de l’aéronef, ainsi qu’un réseau à courant alternatif et un réseau à courant continu, lesquels sont notamment destinés à alimenter ces charges en énergie électrique. La puissance électrique circulant sur ces réseaux est généralement produite par des corps rotatifs du moteur de l’aéronef. Dans ce cas, la production électrique doit pouvoir être répartie entre les corps rotatifs. Dans certaines conditions, il faut que ce soient ces corps rotatifs qui puissent recevoir une puissance électrique, typiquement pour être démarrés et/ou être assistés en vol. Ces contraintes ne doivent pas, pour autant, augmenter la masse ou réduire le rendement du moteur.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est d’améliorer le système électrique permettant d’alimenter un aéronef en énergie électrique à partir des corps rotatifs de son moteur.
Il est à cet effet proposé, selon un aspect de la présente divulgation, un système électrique pour aéronef comprenant : un premier bus prévu pour être relié à un réseau à courant alternatif d’un aéronef pour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus vers le réseau à courant alternatif ; un deuxième bus prévu pour être relié à un réseau à courant continu de l’aéronef pour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus vers le réseau à courant continu ; un premier générateur électrique relié au premier bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus, le premier générateur électrique étant prévu pour être relié à un premier corps rotatif d’un moteur de l’aéronef pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif et le premier générateur électrique ; un premier convertisseur de courant alternatif à courant continu, le premier convertisseur étant relié au premier bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ; un deuxième générateur électrique prévu pour être relié à un deuxième corps rotatif du moteur de l’aéronef pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif et le deuxième générateur électrique ; et un deuxième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le deuxième convertisseur étant relié au deuxième générateur électrique pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur, et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus.
Avantageusement, mais facultativement, le système électrique selon la présente divulgation peut comprendre l’une au moins parmi les caractéristiques, prise seule ou en combinaison :
- il comprend en outre : un troisième bus prévu pour être relié au réseau à courant alternatif pour permettre un transfert d’une puissance électrique du troisième bus vers le réseau à courant alternatif ; un troisième générateur électrique relié au troisième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus, le troisième générateur électrique étant prévu pour être relié au premier corps rotatif pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif et le troisième générateur électrique ; un troisième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le troisième convertisseur étant relié au troisième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ; un quatrième générateur électrique prévu pour être relié au deuxième corps rotatif pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif et le quatrième générateur électrique ; et un quatrième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le quatrième convertisseur étant relié au quatrième générateur électrique pour permettre un échange de puissance électrique entre le quatrième générateur électrique et le quatrième convertisseur et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ;
- le troisième générateur électrique est configuré pour assurer une régulation en tension du troisième bus ;
- le premier générateur électrique est configuré pour assurer une régulation en tension du premier bus ;
- au moins l’un des convertisseurs est configuré pour fonctionner selon au moins l’un des modes de fonctionnement suivants : un mode forcé, dans lequel le convertisseur assure la régulation en puissance d’au moins un bus auquel il est relié ; un mode libre, dans lequel le convertisseur assure la régulation en tension du deuxième bus ;
- il comprend en outre un contrôleur configuré pour piloter au moins l’un des convertisseurs de sorte à déterminer son mode de fonctionnement ; et
- le premier générateur électrique est relié au contrôleur et configuré pour recevoir du contrôleur une consigne pour assurer une régulation en puissance du premier bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un aéronef comprenant : un moteur comprenant un premier corps rotatif et un deuxième corps rotatif ; un réseau à courant alternatif ; un réseau à courant continu ; et un système électrique tel que précédemment décrit, dans lequel le premier bus est relié au réseau à courant alternatif, le deuxième bus est relié au réseau à courant continu, le premier générateur électrique et/ou le troisième générateur électrique est relié au premier corps rotatif, et le deuxième générateur électrique et/ou le quatrième générateur électrique est relié au deuxième corps rotatif.
Avantageusement, mais facultativement, l’aéronef selon la présente divulgation peut comprendre l’une au moins parmi les caractéristiques, prise seule ou en combinaison :
- le premier corps rotatif est un corps haute pression et le deuxième corps rotatif est un corps basse pression ; et
- le premier corps rotatif est un corps basse pression et le deuxième corps rotatif est un corps haute pression.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur et comprenant : le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus ; la réception d’une première mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ; la réception d’une deuxième mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ; la comparaison d’un rapport entre la première mesure et la deuxième mesure avec une valeur de référence ; et le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si le rapport est différent de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus. Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur et comprenant : la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ; la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ; le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus ; et le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur et comprenant : la réception d’une mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ; la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ; et le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus ; et le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
Avantageusement, mais facultativement, l’un des autres procédés de contrôle selon la présente divulgation peut comprendre en outre une étape de pilotage du premier générateur électrique de sorte à ce qu’il régule en tension le premier bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé encore un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur et comprenant : la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ; la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ; le pilotage du premier générateur électrique de sorte à ce que, si la première mesure est différente de la première valeur de référence, il régule en puissance le premier bus ; le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du premier bus et du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur et comprenant : la réception d’une mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ; la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ; le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus ; la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ; la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ; le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus ; et le pilotage d’une source électrique reliée au deuxième bus de sorte à ce que la source électrique réguler en tension le deuxième bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur du contrôleur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé de contrôle selon l’un quelconque des modes de mise en oeuvre précédemment décrits.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur du contrôleur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé de contrôle selon l’un quelconque des modes de mise en oeuvre précédemment décrits.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente divulgation ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre un aéronef de façon schématique.
La figure 2 est une vue en coupe schématique d’un ensemble propulsif pour aéronef. La figure 3 illustre schématiquement un système électrique selon un aspect de la présente divulgation.
La figure 4 est une illustration plus détaillée de la figure 3.
La figure 5 illustre schématiquement un système électrique selon un autre aspect de la présente divulgation.
La figure 6 est un organigramme illustrant un aspect d’une première variante d’un procédé de contrôle selon la présente divulgation.
La figure 7 est un organigramme illustrant un autre aspect de la première variante du procédé de contrôle selon la présente divulgation.
La figure 8 est un organigramme illustrant un autre aspect de la première variante du procédé de contrôle selon la présente divulgation.
La figure 9 est un organigramme illustrant un aspect d’une deuxième variante d’un procédé de contrôle selon la présente divulgation.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Aéronef
La figure 1 illustre un aéronef 100 comprenant au moins un ensemble propulsif 1 , en l’espèce deux ensembles propulsifs 1. L’aéronef 100 représenté est un avion, civil ou militaire, mais pourrait être tout autre type d’aéronef 100, tel qu’un hélicoptère. Les ensembles propulsifs 1 sont rapportés et fixés sur l’avion 100, chacun sous une aile de l’avion 100, comme visible sur la figure 1. Ceci n’est toutefois pas limitatif, puisqu’au moins un ensemble propulsif 1 peut être également monté sur l’aile de l’avion ou encore à l’arrière de son fuselage.
L’aéronef 100 comprend également une pluralité de charges (ou récepteurs) électriques (non représentés). Chaque charge électrique est un dispositif alimenté par de l’énergie électrique et pouvant être configuré pour transformer l’énergie électrique qui l’alimente en une autre forme d’énergie, comme par exemple de la chaleur ou de l’énergie mécanique. Des exemples non limitatifs de charges électriques de l’aéronef 100 sont : un moteur électrique, un système de chauffage et/ou de climatisation, un compresseur, etc. Ces charges électriques permettent notamment d’assurer un certain nombre de fonctionnalités, en vol comme au sol, telles que la pressurisation et/ou l’illumination de la cabine de l’aéronef 100, le fonctionnement du poste de pilotage, etc. Pour alimenter ces charges électriques en énergie électrique, l’aéronef 100 comprend une pluralité de réseaux électriques, dont au moins un réseau à courant alternatif 43_AC et un réseau à courant continu 44_DC, illustrés de la figure 3 à la figure 4. Chaque réseau électrique 43_AC, 44_DC comprend typiquement un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité. Le réseau à courant alternatif 43_AC n’autorise la circulation d’énergie électrique que sous la forme d’un signal alternatif, tandis que le réseau à courant continu 44_DC n’autorise la circulation d’énergie électrique que sous forme d’un signal continu.
L’énergie électrique consommée par les charges électriques peut, au moins en partie, être produite par le moteur 2 de l’ensemble propulsif 1 , et plus précisément au moyen de corps rotatifs 20, 22, 26 du moteur 2.
La figure 2 illustre un ensemble propulsif 1 présentant un axe longitudinal X-X, et comprenant un moteur 2 (ou turbomachine) et une nacelle 3 entourant le moteur 2.
L’ensemble propulsif 1 est destiné à être monté sur un aéronef 100, par exemple de la manière illustrée sur la figure 1. A cet égard, l’ensemble propulsif 1 peut comprendre un mât (non représenté) destiné à relier l’ensemble propulsif 1 à une partie de l’aéronef 100.
Le moteur 2 illustré sur la figure 2 est un turboréacteur à double corps, double flux et entraînement direct. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque le moteur 2 peut comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à réducteur ou un turbopropulseur.
Sauf précision contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction globale d’écoulement d’air à travers l’ensemble propulsif 1 en fonctionnement. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinal X-X et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X et coupant l’axe longitudinal X-X. Par ailleurs, un plan axial est un plan contenant l'axe longitudinal X-X et un plan radial est un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe longitudinal X-X. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence : elle est perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X mais ne passe pas par l’axe longitudinal X-X. Enfin, les adjectifs « intérieur » (ou « interne ») et « extérieur » (ou « externe ») sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe longitudinal X-X que la partie extérieure du même élément.
Comme visible sur la figure 2, le moteur 2 comprend, de l’amont vers l’aval, une soufflante 20, une section de compression 22 comprenant un compresseur basse pression 220 et un compresseur haute pression 222, une chambre de combustion 24 et une section de détente 26 comprenant une turbine haute pression 262 et une turbine basse pression 260. La soufflante 20, la partie rotor du compresseur basse pression 220, et la partir rotor de la turbine basse pression 260 sont reliées entre elles par un arbre basse pression 280 s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, la soufflante 20, le compresseur basse pression 220 et la turbine basse pression 260 formant alors un corps basse pression 20, 220, 260 (corps BP), 280, qui est un premier corps rotatif. La partie rotor du compresseur haute pression 222 et la partie rotor de la turbine haute pression 262 sont reliées entre elles par un arbre haute pression 282 s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, le compresseur haute pression 222 et la turbine haute pression 262 formant alors un corps haute pression 222, 262, 282 (corps HP), qui est un deuxième corps rotatif. Comme visible sur la figure 2, la section de compression 22, la chambre de combustion 24 et la section de détente 26 sont entourés par un carter moteur 23, tandis que la soufflante 20 est entourée par un carter de soufflante 25. Le carter moteur 23 et le carter de soufflante 25 sont reliés entre eux par des bras structuraux 27 profilés formant redresseurs (ou OGV pour « Outlet Guide Vanes » dans la terminologie anglo-saxonne) répartis de manière circonférentielle tout autour de l’axe longitudinal X-X. L’axe longitudinal X-X forme axe de rotation pour la soufflante 20, la partir rotor de la section de compression 22 et la partie rotor de la section de détente 26, autrement dit pour le premier corps rotatif et le deuxième corps rotatif, lesquels sont susceptibles d’être entraînés en rotation autour de l’axe longitudinal X-X par rapport au carter moteur 23 et au carter de soufflante 25.
La nacelle 3 s’étend radialement à l’extérieur du moteur 2, tout autour de l’axe longitudinal X-X, de sorte à entourer à la fois le carter de soufflante 25 et le carter moteur 23, et à définir, avec une partie aval du carter moteur 23, une partie aval d’une veine secondaire B, la partie amont de la veine secondaire B étant définie par le carter de soufflante 25 et une partie amont du carter moteur 23. La partie amont de la nacelle 3 définit en outre une entrée d’air 29 par laquelle la soufflante 20 aspire le flux d’air circulant à travers l’ensemble propulsif 1. La nacelle 3 est solidaire du carter de soufflante 25 et rapportée et fixée à l’aéronef 100 au moyen du mât.
Le moteur 2 peut également comprendre au moins un boîtier d’accessoires (non représenté), appelé ÀGB (pour « Accessory gear box » dans la terminologie anglo-saxonne), typiquement logé dans une cavité ménagée au sein de la nacelle 3. Le boîtier d’accessoires comprend un ensemble d’engrenages permettant d’entraîner en rotation une pluralité d’arbres autour de leur propre axe, des accessoires étant montés sur ces arbres pour tirer de leur rotation une puissance mécanique utile. L’ensemble d’engrenages est lui-même entraîné à l’aide d’un arbre de prise de force reliant, éventuellement par l’intermédiaire d’un boîtier de transfert (non représenté), le boîtier d’accessoires à l’un au moins parmi le corps haute pression 222, 262, 282 et le corps basse pression 20, 220, 260, 280, typiquement en étant engrené avec l’un au moins parmi l’arbre haute pression 282 et l’arbre basse pression 280. À cet égard, l’arbre de prise de force peut s’étendre à l’intérieur d’une cavité longitudinale ménagée au sein de l’un des bras structuraux 27. De cette manière, une puissance mécanique est susceptible d’être prélevée sur l’un au moins parmi le corps haute pression 222, 262, 282 et le corps basse pression 20, 220, 260, 280 pour être délivrée à l’un au moins des accessoires par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires.
Le moteur 2 peut, lui aussi, comprendre une pluralité de charges électriques (non représentées), telles qu’un démarreur ou une batterie, lesquelles doivent également être alimentées en énergie électrique, certaines sous la forme d’un signal alternatif, d’autres sous la forme d’un signal continu.
En fonctionnement, la soufflante 20 aspire un flux d’air dont une portion, circulant au sein d’une veine primaire A, est, successivement, comprimée au sein de la section de compression 22, enflammée au sein de la chambre de combustion 24 et détendue au sein de la section de détente 26 avant d’être éjectée hors du moteur 2. La veine primaire A traverse le carter moteur 23 de part en part. Une autre portion du flux d’air circule au sein de la veine secondaire B qui prend une fourme annulaire allongée entourant le carter moteur 23, l’air aspiré par la soufflante 20 étant redressé par les redresseurs puis éjecté hors de l’ensemble propulsif 1. De cette manière, l’ensemble propulsif 1 génère une poussée. Cette poussée peut, par exemple, être mise au profit de l’aéronef 100 sur lequel l’ensemble propulsif 1 est rapporté et fixé.
La figure 3 illustre un système électrique 4 distribué entre l’ensemble propulsif 1 et l’aéronef 100 pour l’alimentation en énergie électrique des charges électriques du moteur 2 et/ou de l’aéronef 100, typiquement au moyen du réseau à courant alternatif 43_AC et du réseau à courant continu 44_DC.
Le système électrique 4 comprend un premier bus 411_AC relié au réseau à courant alternatif 43_AC pour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus 411_AC vers le réseau à courant alternatif 43_AC. Le premier bus 411_AC est donc configuré pour autoriser une circulation d’énergie électrique sous forme d’un signal alternatif. Le système électrique 4 comprend en outre un deuxième bus 412_DC relié au réseau à courant continu 44_DC pour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus 412_DC vers le réseau à courant continu 44_DC. Le deuxième bus 412_DC est donc configuré pour autoriser une circulation d’énergie électrique sous forme d’un signal continu. Chacun du premier bus 411_AC et du deuxième bus 412_DC comprend typiquement un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité. Les charges électriques du moteur 2 peuvent également être reliées à l’un au moins du premier bus 411_AC et du deuxième bus 412_DC pour en retirer l’énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement.
Le système électrique 4 comprend en outre un premier générateur électrique 401 relié au premier bus 411_AC pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus 411_AC. Le premier générateur électrique 401 est, par ailleurs, relié à un corps rotatif 20, 22, 26 du moteur 2 pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le corps rotatif 20, 22, 26 et le premier générateur électrique 401. De plus, le système électrique 4 comprend un deuxième générateur électrique 402 relié à un autre corps rotatif 20, 22, 26 du moteur 2 pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre l’autre corps rotatif 20, 22, 26 et le deuxième générateur électrique 402.
Chacun du premier générateur électrique 401 et du deuxième générateur électrique 402 peut typiquement être une machine synchrone à rotor bobiné, comprenant typiquement trois étages, appelée VFG (pour « Variable Frequency Generator » dans la terminologie anglo-saxonne), entraînée par l’un au moins parmi l’arbre haute pression 282 et l’arbre basse pression 280 du moteur 2, typiquement par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires. Une telle machine présente notamment l’avantage de pouvoir être pilotée pour réguler la tension du bus auquel elle est reliée. Typiquement, lorsque le premier générateur électrique 401 est une machine de type VFG, le premier générateur électrique 401 peut alors piloter la tension du premier bus 411_AC selon une tension prédéterminée, typiquement 115Vac ou 230Vac, selon, notamment, les contraintes de qualité du réseau à courant alternatif 43_AC. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque d’autres types de machines sont envisageables, telles que des machines synchrones à aimant permanent, appelées PMSM (pour « Permanent- Magnet Synchronous Machine Drives » dans la terminologie anglo-saxonne) qui présentent notamment l’avantage d’avoir une masse plus réduite, ou telles que des machines asynchrones (ou « Induction machine » dans la terminologie anglo-saxonne) ou à réluctance variable. De préférence, le premier générateur électrique 401 est une machine synchrone de type VFG, tandis que le deuxième générateur électrique 402 est une machine synchrone à aimants permanents de type PMSM.
Chacun du premier générateur électrique 401 et du deuxième générateur électrique 402 est donc relié à un corps rotatif 20, 22, 26 distinct du moteur 2. Ainsi, dans une variante représentée de la figure 3 à la figure 5, le premier générateur électrique 401 est relié au corps haute pression 222, 262, 282 et le deuxième générateur électrique 402 est relié au corps basse pression 20, 220, 260, 280. Dans une autre variante (non représentée), le premier générateur électrique est relié au corps basse pression et le deuxième générateur électrique est relié au corps haute pression. Chacun du premier générateur électrique 401 et du deuxième générateur électrique 402 peut donc fonctionner comme moteur électrique, lorsqu’il prélève de la puissance électrique sur le premier bus 411_AC et/ou le deuxième bus 412_DC pour transmettre une puissance mécanique au corps rotatif 20, 22, 26 auquel il est relié. En outre, chacun du premier générateur électrique 401 et du deuxième générateur électrique 402 peut fonctionner comme générateur électrique, lorsqu’il injecte une puissance électrique sur le premier bus 411_AC et/ou sur le deuxième bus 412_DC qu’il a transformé d’une puissance mécanique extraite sur le corps rotatif 20, 22, 26 auquel il est relié.
Comme visible sur la figure 3, le premier générateur électrique 401 peut comprendre un dispositif de commande 4010 configuré pour contrôler la tension alternative générée par le premier générateur électrique 401 sur le premier bus 411_AC.
La figure 3 illustre également que le système électrique 4 comprend un premier convertisseur 421 de courant alternatif à courant continu, lequel est relié à la fois au premier bus 411_AC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus 411_AC, et au deuxième bus 412_DC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus 412_DC. Le premier convertisseur 421 est réversible et permet à une partie de la puissance électrique générée par le premier générateur électrique 401 d’être transférée du premier bus 411_AC vers le deuxième bus 412_DC. Le premier convertisseur 421 permet également de transférer de la puissance électrique depuis le deuxième bus 412_DC vers le premier bus 411_AC pour fournir de la puissance électrique au premier générateur électrique 401. Le premier générateur électrique 401 peut ainsi transformer cette puissance électrique reçue du deuxième bus 412_DC en puissance mécanique au profit du corps rotatif 20, 22, 26 auquel il est relié. Comme il sera décrit plus en détails ci-après, ceci peut typiquement s’opérer lors du démarrage du moteur 2 ou lors d’une phase d’assistance du moteur 2. La figure 3 illustre enfin que le système électrique 4 comprend un deuxième convertisseur 422 de courant alternatif à courant continu, lequel est relié à la fois au deuxième générateur électrique 402 pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique 402 et le deuxième convertisseur 422, et au deuxième bus 412_DC pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus 412_DC. En contrôlant le deuxième convertisseur 422, il est donc possible d’injecter ou de prélever une puissance mécanique au niveau du corps rotatif 20, 22, 26 auquel le deuxième générateur électrique 402 est relié.
Chacun du premier convertisseur 421 et du deuxième convertisseur 422 peut prendre la forme d’un onduleur ou d’un redresseur, commandé ou non.
La figure 4 illustre le système électrique 4 de manière plus détaillée.
Comme visible sur la figure 4, chacun du premier convertisseur 421 et du deuxième convertisseur 422 comprend un dispositif de contrôle 4210, 4220, tandis que le système électrique 4 comprend un contrôleur 45 configuré pour piloter chacun du premier convertisseur 421 et du deuxième convertisseur 422, de préférence par l’intermédiaire de leur dispositif de contrôle 4210, 4220. En pratique, le contrôleur 45 peut être un contrôleur 45 du moteur 2, lequel pilote les dispositifs de contrôle 4210, 4220 au moyen de références de contrôle (en courant, puissance, couple, etc.). Le contrôleur 45 comprend un processeur (non représenté) configuré pour mettre en oeuvre au moins un aspect d’au moins une des variantes du procédé de contrôle E, E’, E”, E’” du système électrique 4 décrit plus en détails de la figure 6 à la figure 9. Le processeur du contrôleur 45 est adapté pour lire un support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur tel que le processeur du contrôleur 45, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé de contrôle E, E’, E”, E’”. Le support lisible par ordinateur et/ou le contrôleur 45 sont configurés pour charger, typiquement au sein d’une mémoire, un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur tel que le processeur du contrôleur 45, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé de contrôle E, E’, E”, E’”. À cet égard, le contrôleur 45 peut comprendre une mémoire (non représentée).
En fonctionnement, il est nécessaire d’assurer différentes régulations du système électrique 4.
La régulation en puissance du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC permet d’assurer que la puissance électrique transmise au premier bus 411_AC et/ou au deuxième bus 412_DC par le premier générateur électrique 401 et/ou le deuxième générateur électrique 402 est suffisante pour répondre à la demande des charges électriques de l’aéronef 100 et/ou du moteur 2 sur le réseau à courant alternatif 43_AC et/ou sur le réseau à courant continu 44_DC.
Dans une première variante, comme il sera décrit plus en détails ci-après en référence à la figure 6, à la figure 7 et à la figure 8, lors du fonctionnement du système électrique 4, la régulation en puissance du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC est mise en oeuvre par au moins l’un parmi le premier convertisseur 421 et le deuxième convertisseur 422.
Dans une deuxième variante, également décrite plus en détails ci-après en référence à la figure 9, le premier générateur électrique 401 peut être configuré pour recevoir une consigne du contrôleur 45, ce qui lui permet de réguler en puissance le premier bus 411_AC.
La régulation en tension du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC est critique. En effet, l’évolution temporelle de la tension électrique au sein du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC, lors du fonctionnement du système électrique 4, doit demeurer au sein de limites d’un gabarit même si, bien entendu, elle peut ponctuellement varier autour d’une valeur nominale donnée. En effet pour que l’ensemble des éléments qui sont connectés au premier bus 411_AC et/ou au deuxième bus 412_DC fonctionne correctement, la tension électrique ne doit pas prendre de valeurs qui dépassent les limites du gabarit. Le gabarit définit, en fait, les limites supérieures et inférieures d’excursion de la tension électrique, en fonction du temps, lors du fonctionnement du système électrique 4. Le gabarit peut comprendre des limites définies pour des conditions de fonctionnement normales et/ou anormales, lesquelles limites entourent, de manière symétrique ou non, un niveau de tension électrique nominal du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC. Dans un diagramme (non représenté) fournissant l’évolution de la tension électrique en fonction du temps, une limite d’un gabarit est typiquement représentée comme une ligne, brisée ou non. De préférence, même si la limite ne définit par une valeur de tension électrique constante dans un premier temps, généralement associé au temps caractéristique de mise en fonctionnement (ou démarrage) du système électrique 4, il est commun que la limite définisse ensuite une valeur de tension électrique constante, et ce afin de garantir la stabilité de fonctionnement du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC et, partant, du système électrique 4. Un tel gabarit peut, par exemple, être défini dans une norme relative à la qualité du système électrique 4 et/ou du réseau à courant alternatif 43_AC et/ou du réseau à courant continu 44_DC, mais aussi être défini par un cahier des charges d’un appareil auquel le système électrique 4 est raccordé, typiquement les exigences du fabricant de l’aéronef 100 au sein duquel le système électrique 4 est intégré.
À cet égard, et comme il sera décrit en détails ci-après, lors du fonctionnement du système 4 selon la première variante, la régulation en tension du premier bus 411_AC est avantageusement mise en oeuvre par le premier générateur électrique 401 , notamment lorsqu’il s’agit d’une machine synchrone de type VFG. En outre, la régulation en tension du deuxième bus 412_DC est avantageusement mise en oeuvre par au moins l’un parmi le premier convertisseur 421 et le deuxième convertisseur 422, sauf lors du démarrage du moteur 2, où cette régulation en tension ne peut être assurée par les convertisseurs 421 , 422 et où, comme il sera décrit plus en détails ci-après, il est nécessaire qu’une autre source électrique soit reliée au deuxième bus 412_AC pour en assurer la régulation en tension.
Comme il sera décrit plus en détails ci-après, dans la deuxième variante dans laquelle c’est le premier générateur électrique 401 qui assure la régulation en puissance du premier bus 411_AC, c’est le premier convertisseur 421 qui assure la régulation en tension du premier bus 411_AC et le deuxième convertisseur 422 qui assure la régulation en tension du deuxième bus 412_AC.
Ainsi, chacun du premier convertisseur 421 et du deuxième convertisseur 422 est configuré pour fonctionner selon divers modes de fonctionnement.
Dans un mode forcé, le convertisseur 421 , 422 injecte ou prélève une puissance électrique, qui est fixée par le contrôleur 45, sur le premier bus 411_AC et/ou le deuxième bus 412_DC, en fonction de certains paramètres de fonctionnement du moteur 2, comme il sera décrit plus en détails ci-après. En d’autres termes, dans le mode forcé, le convertisseur 421 , 422 assure la régulation en puissance du (ou des) bus 411_AC, 412_DC au(x)quel(s) il est relié.
Dans la première variante, dans un mode libre, le convertisseur 421 , 422 injecte ou prélève une puissance électrique sur le premier bus 411_AC et/ou sur le deuxième bus 412_DC qui dépend de la puissance électrique transférée vers le réseau à courant alternatif 43_AC et/ou le réseau à courant continu 44_DC, et de la tension du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC. Plus précisément, dans la première variante, le convertisseur 421 , 422 assure, dans le mode libre, la régulation en tension au moins du deuxième bus 412_DC.
Dans la deuxième variante dans laquelle c’est le premier générateur électrique 401 qui assure la régulation en puissance du premier bus 411_AC, les convertisseurs 421 , 422 sont, dans le mode libre, configurés pour réguler en tension le premier bus 411_AC et le deuxième bus 412_DC. Dans un mode d’attente, le convertisseur 421 , 422 n’est pas en fonctionnement, et ne transfère ni ne prélève aucune puissance sur le premier bus 411_AC et/ou le deuxième bus 412_DC.
Le contrôleur 45 est donc configuré pour piloter le premier convertisseur 421 et/ou le deuxième convertisseur 422 de sorte à déterminer son mode de fonctionnement, mais aussi la consigne associée (génération ou assistance, comme décrit en détails ci-après). Typiquement, le contrôleur 45 peut recevoir une mesure de la puissance échangée entre le premier générateur électrique 401 et le corps rotatif 20, 22, 26 auquel il est relié, laquelle peut typiquement être fournie par le dispositif de commande 4010 du premier générateur électrique 401 , et une mesure de la puissance échangée entre le deuxième générateur électrique 402 et le corps rotatif 20, 22, 26 auquel il est relié, laquelle peut typiquement être fournie par le dispositif de contrôle 4220 du deuxième convertisseur 422. De ces mesures, le contrôleur 45 peut calculer les références de contrôle à transmettre aux dispositifs de contrôle 4210, 4220 des convertisseurs 421 , 422 déterminant un mode forcé et le niveau de puissance électrique fixée qu’ils doivent prélever et/ou injecter sur le premier bus 411_AC et/ou le deuxième bus 412_DC.
La figure 5 illustre un système électrique 4 selon un autre mode de réalisation, semblable au mode de réalisation illustré sur la figure 3 et sur la figure 4.
Comme visible sur la figure 5, dans ce mode de réalisation, le système électrique 4 comprend en outre un troisième bus 413_AC relié au réseau à courant alternatif 43_AC pour permettre un transfert d’une puissance électrique du troisième bus 413_AC vers le réseau à courant alternatif 43_AC. Le troisième bus 413_AC présente avantageusement une structure et un fonctionnement identiques au premier bus 411_AC.
Par ailleurs, le système électrique 4 comprend également un troisième générateur électrique 403 relié au troisième bus 413_AC pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus 413_AC, le troisième générateur électrique 403 étant relié au même corps rotatif 20, 22, 26 que le premier générateur électrique 401, pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre ce corps rotatif et le troisième générateur électrique 403. Le troisième générateur électrique 403 présente de préférence une structure et un fonctionnement identiques au premier générateur électrique 401. Notamment, dans la première variante, la régulation en tension du troisième bus 413_AC est avantageusement mise en oeuvre par le troisième générateur électrique 403, typiquement lorsqu’il s’agit d’une machine synchrone de type VFG. Dans la deuxième variante, le troisième générateur électrique 403 peut être configuré pour recevoir une consigne du contrôleur 45, ce qui lui permet de réguler en puissance le troisième bus 413_AC.
De plus, le système électrique 4 comprend un troisième convertisseur 423 de courant alternatif à courant continu, le troisième convertisseur 423 étant, d’une part, relié au troisième bus 413_AC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus 413_AC et, d’autre part, au deuxième bus 412_DC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus 412_DC. Le troisième convertisseur 423 présente avantageusement une structure et un fonctionnement identique au premier convertisseur 421. Tout comme le premier convertisseur 421 , le troisième convertisseur 423 peut comprendre un dispositif de commande (non représenté) configuré pour contrôler la tension alternative générée par le troisième générateur électrique 403 sur le troisième bus 413_AC.
En outre, comme visible sur la figure 5, le système électrique 4 comprend un quatrième générateur électrique 404 relié au même corps rotatif 20, 22, 26 que le deuxième générateur électrique 402, pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre ce corps rotatif et le quatrième générateur électrique 404. Le quatrième générateur électrique 404 présente de préférence une structure et un fonctionnement identiques au deuxième générateur électrique 402.
Enfin, le système électrique 4 comprend un quatrième convertisseur 424 de courant alternatif à courant continu, le quatrième convertisseur 424 étant, d’une part, relié au quatrième générateur électrique 404, pour permettre un échange de puissance électrique entre le quatrième générateur électrique 404 et le quatrième convertisseur 424 et, d’autre part, au deuxième bus 412_DC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus 412_DC. Le quatrième convertisseur 424 présente de préférence une structure et un fonctionnement identique au deuxième convertisseur 422.
Chacun du troisième convertisseur 423 et du quatrième convertisseur 424 peut également comprendre un dispositif de contrôle (non représentés), et fonctionner selon les modes de fonctionnement décrits pour le premier convertisseur 421 et le deuxième convertisseur 422, notamment, en mode forcé, pour la régulation en puissance du troisième bus 413_AC et/ou du deuxième bus 412_DC par injection et/ou prélèvement d’une puissance électrique fixée sur le troisième bus 413_AC et/ou le deuxième bus 412_DC, ou, en mode libre, pour la régulation en tension du deuxième bus 412_DC, et, dans la deuxième variante dans laquelle c’est le premier générateur électrique 401 qui assure la régulation en puissance du premier bus 411_AC et/ou c’est le troisième générateur électrique 403 qui assure la régulation en puissance du troisième bus 413_AC, pour la régulation en tension du troisième bus 413_AC.. Le cas échéant, le contrôleur 45 est configuré pour piloter l’un du troisième convertisseur 423 et du quatrième convertisseur 424 de sorte à déterminer son mode de fonctionnement.
Grâce au système électrique 4 selon un des modes de réalisation décrits, un transfert de puissance est rendu possible entre les corps rotatifs 20, 22, 26, notamment par l’intermédiaire du premier bus 411_AC et/ou du deuxième bus 412_DC et/ou du troisième bus 413_AC.
Il convient en outre de noter que, lorsque l’aéronef 100 est équipé de deux moteurs 2, cet aéronef 100 peut comprendre un système électrique 4 par moteur 2. Le cas échéant, chaque système électrique 4 peut être relié à un réseau à courant alternatif 43_AC et/ou un réseau à courant continu 44_DC qui est distinct, ou non, de l’autre système électrique 4. Ceci permet avantageusement de bénéficier d’une redondance entre les systèmes électriques de chacun des moteurs 2.
Procédé de contrôle
De la figure 6 à la figure 8, sont représentés différents aspects de la première variante d’un procédé de contrôle E, E’, E” d’un système électrique 4 selon au moins l’un des modes de réalisation décrits. A chaque fois, le procédé de contrôle E, E’, E” est mis en oeuvre par le contrôleur 45, éventuellement en étant assisté par les dispositifs de commande 4010 et/ou les dispositifs de contrôle 4210, 4220. Ces différents aspects correspondent à différentes situations, lors du fonctionnement de l’aéronef 100, au sol comme en vol, lors desquelles le système électrique 4 est sollicité pour assurer les échanges de puissance entre le moteur 2 et l’aéronef 100.
En référence à la figure 6, le système électrique 4 est utilisé pour alimenter les charges électriques de l’aéronef 100 et/ou du moteur 2, tout en respectant une répartition de la puissance électrique générée à partir des corps haute et basse pression 20, 22, 26 du moteur 2 que lui impose le contrôleur 45. Plus précisément, le deuxième convertisseur 422 est piloté E1 de sorte à fonctionner dans un mode libre, assurant ainsi la régulation en tension du deuxième bus 412_DC. En outre, une première mesure m1 d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique 401 sur le premier bus 411_AC et une deuxième mesure m2 d’une puissance électrique échangé entre le deuxième générateur électrique 402 et le deuxième convertisseur 422 sont reçues E2, E3 puis, un rapport m1/m2 entre la première mesure et la deuxième mesure est comparé E4 à une valeur de référence, typiquement la valeur imposée par le contrôleur 45 pour la répartition de puissance à prélever sur chacun des corps haute et basse pression 20, 22, 26. Enfin, si le rapport est différent de la valeur de référence, le premier convertisseur 421 est piloté E5 de sorte à fonctionner dans un mode forcé de régulation en puissance du premier bus 411_AC dans lequel il injecte ou il prélève une puissance électrique fixée sur le premier bus 411_AC. En d’autres termes, le contrôleur 45 adapte en permanence la référence de contrôle du premier convertisseur 421 de sorte à respecter une répartition prédéterminée de la puissance électrique générée par le premier générateur électrique 401 et le deuxième générateur électrique 402. Avantageusement, la tension du premier bus 411_AC est, quant à elle, régulée par le premier générateur électrique 401 , notamment lorsque ce-dernier est une machine synchrone de type VFG.
En référence à la figure 7, le système électrique 4 est utilisé pour assister le corps rotatif 20, 22, 26 (de préférence le corps HP) relié au premier générateur électrique 401. Plus précisément, pour assister le corps rotatif 20, 22, 26 relié au premier générateur électrique 401 , une mesure m1 ’ d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique 401 sur le premier bus 411_AC est reçue E’ 1 et comparée E’2 à une valeur de référence, qui est typiquement la puissance demandée pour assister le corps rotatif 20, 22, 26 auquel est relié le premier générateur électrique 401. Si la mesure m1 ' est différente de la valeur de référence, le premier convertisseur 421 est piloté E’3 de sorte à fonctionner dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus 411_AC, c’est-à-dire qu’il injecte ou il prélève une puissance électrique fixée sur le premier bus 411_AC. Par ailleurs, le deuxième convertisseur 422 est alors piloté E’4 de sorte à fonctionner dans un mode libre, assurant ainsi la régulation en tension du deuxième bus 412_DC. Avantageusement, la tension du premier bus 411_AC est, quant à elle, régulée par le premier générateur électrique 401 , notamment lorsque ce-dernier est une machine synchrone de type VFG.
En référence à la figure 8, le système électrique 4 est utilisé pour assister le corps rotatif 20, 22, 26 (de préférence le corps BP) relié au deuxième générateur électrique 402. Plus précisément, une mesure m2” d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique 402 et le deuxième convertisseur 422 est reçue E” 1 et comparée E”2 à une valeur de référence, qui est typiquement la puissance demandée pour assister le corps rotatif 20, 22, 26 auquel est relié le deuxième générateur électrique 402. Si la mesure m2” est différente de la valeur de référence, le deuxième convertisseur 422 est piloté E”3 de sorte à fonctionner dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus 412_DC, c’est-à-dire qu’il injecte ou il prélève une puissance électrique fixée sur le deuxième bus 412_DC. Par ailleurs, le premier convertisseur 421 est piloté E”4 de sorte à fonctionner dans un mode libre, tel qu'il assure ainsi la régulation en tension du deuxième bus 412_DC. Avantageusement, la tension du premier bus 411_AC est, quant à elle, régulée par le premier générateur électrique 401 , notamment lorsque ce-dernier est une machine synchrone de type VFG.
En d’autres termes, le contrôleur 45 adapte en permanence la référence de contrôle du premier convertisseur 421 et/ou du deuxième convertisseur 422 de sorte à assister les corps rotatifs 20, 22, 26 au moyen du premier générateur électrique 401 et/ou du deuxième générateur électrique 402, tout en assurant la régulation en tension du deuxième bus 412_DC, la régulation en tension du premier bus 411_AC étant, quant à elle, avantageusement assurée par le premier générateur électrique 401, notamment lorsque ce- dernier est une machine synchrone de type VFG.
Bien entendu, il est possible d’assister à la fois le corps rotatif 20, 22, 26 relié au premier générateur électrique 401 et le corps rotatif 20, 22, 26 relié au deuxième générateur électrique 402, par exemple lors du démarrage du moteur 2. Pour ce faire, les étapes illustrées de la figure 7 à la figure 8 sont menées en parallèle, chacun du premier convertisseur 421 et du deuxième convertisseur 422 étant en mode forcé. Dans ce cas, il est nécessaire qu’une autre source électrique (non représentée) reliée au deuxième bus 412_DC, assure la régulation en tension du deuxième bus 412_DC. En outre, lorsqu’il ne faut que démarrer l’un ou l’autre des corps rotatifs 20, 22, 26 du moteur 2, typiquement le corps haute pression 222, 262, 282, le convertisseur 421 , 422, 423, 424 correspondant peut se trouver en mode forcé, tandis que l’autre convertisseur 421 , 422, 423, 424 est en mode attente.
Le tableau 1 ci-dessous résume les différents aspects du procédé de contrôle E, E’, E”.
Dans une deuxième variante illustrée sur la figure 9, le système électrique 4 est également utilisé E’” pour assister le corps rotatif 20, 22, 26 (de préférence le corps HP) relié au premier générateur électrique 401 , mais cette fois en utilisant la capacité du premier génération électrique 401 à recevoir une consigne du contrôleur 45 pour réguler en puissance le premier bus 411_AC. Là encore, une mesure m1 ”’ d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique 401 sur le premier bus 411_AC est reçue E’”1 , cette fois par le premier générateur électrique 401 , lequel compare E’”2 cette mesure m1 ’” à une valeur de référence, qui est typiquement la puissance demandée pour assister le corps rotatif 20, 22, 26 (corps HP de préférence) auquel est relié le premier générateur électrique 401 et que le contrôleur 45 lui aura transmise. Et, si la mesure m1 ’” est différente de la valeur de référence, c’est bien le premier générateur électrique 401 , et non plus le premier convertisseur 421 comme dans la première variante du procédé de contrôle E, E’, E”, qui est piloté E’”3 de sorte réguler en puissance le premier bus 411_AC, c’est-à-dire à injecter ou prélever une puissance électrique fixée sur le premier bus 411_AC. Par ailleurs, chacun du premier convertisseur 421 et du deuxième convertisseur 422 est alors piloté E’”4 de sorte à fonctionner dans un mode libre leur permettant d’assurer la régulation en tension, respectivement, du premier bus 411_AC et du deuxième bus 412_DC.
Avantages obtenus
Le système électrique et le procédé de contrôle décrits permettent de générer, distribuer et contrôler une puissance mixte permettant d’alimenter des charges électriques de l’aéronef et/ou du moteur qui fonctionnent à la fois sur courant alternatif et sur courant continu, tout en prenant en compte les contraintes du moteur à la fois lorsqu’il génère une puissance ou qu’il doit être assisté.
De fait, grâce à la présence et au pilotage des convertisseurs, les moteurs/générateurs électriques du système électrique ne servent pas uniquement à l’alimentation de ces charges électriques. En effet, ils permettent aussi d’optimiser le fonctionnement du moteur, que ce soit au moment de son démarrage ou d’une phase d’assistance, selon les contraintes qui lui sont propres, notamment en termes de répartition de puissance entre les corps rotatifs. En outre, les convertisseurs permettent de réguler la tension des bus des systèmes électriques, et plus particulièrement du bus à courant continu, ce qui garantit la stabilité et améliore la sécurité du système électrique en fonctionnement.
Par ailleurs, grâce au système électrique et au procédé de contrôle décrits, il n’est pas nécessaire de prévoir de convertisseurs et/ou générateur électriques qui seraient dédiés aux charges électriques fonctionnant sur courant alternatif, ou aux charges électriques fonctionnant sur courant continu, ce qui permet de réduire la masse du moteur. En outre, même avec l’ajout de charges électriques fonctionnant sur courant continu aux réseaux à courants alternatifs usuels, il est possible de conserver ces réseaux à courants alternatifs usuels, qui ont l'avantage d'être de technologie mature, sans avoir à ajouter d'éléments de conversion dédiés pour les alimenter à partir des réseaux à courant continu. Enfin, cela assure une dissimilarité au niveau aéronef entre réseaux à courant alternatif et réseaux à courant continu dont l’avionneur peut tirer profit.
Ainsi, le système électrique selon un des modes de réalisation décrits peut s’adapter à tout type de sollicitation de la part du réseau à courant continu et/ou du réseau à courant alternatif, ce qui permet de répondre à la tendance d’électrification accrue des aéronefs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système électrique (4) pour aéronef (100) comprenant : un premier bus (411_AC) prévu pour être relié à un réseau à courant alternatif (43_AC) d’un aéronef (100) pour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus (411_AC) vers le réseau à courant alternatif (43_AC) ; un deuxième bus (412_DC) prévu pour être relié à un réseau à courant continu (44_DC) de l’aéronef (100) pour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus (412_DC) vers le réseau à courant continu (44_DC) ; un premier générateur électrique (401 ) relié au premier bus (411_AC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus (411_AC), le premier générateur électrique (401 ) étant prévu pour être relié à un premier corps rotatif (20, 22, 26) d’un moteur de l’aéronef (100) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif (20, 22, 26) et le premier générateur électrique (401 ) ; un premier convertisseur (421 ) de courant alternatif à courant continu, le premier convertisseur (421 ) étant relié au premier bus (411_AC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus (411 _AC) et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC) ; un deuxième générateur électrique (402) prévu pour être relié à un deuxième corps rotatif (20, 22, 26) du moteur de l’aéronef (100) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) et le deuxième générateur électrique (402) ; et un deuxième convertisseur (422) de courant alternatif à courant continu, le deuxième convertisseur (422) étant relié au deuxième générateur électrique (402) pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique (402) et le deuxième convertisseur (422), et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC) ; dans lequel au moins l’un des convertisseurs (421 , 422, 423, 424) est configuré pour fonctionner selon au moins l’un des modes de fonctionnement suivants : un mode forcé, dans lequel le convertisseur (421 , 422, 423, 424) assure la régulation en puissance d’au moins un bus (411_AC, 412_DC, 413_AC) auquel il est relié ; un mode libre, dans lequel le convertisseur (421 , 422, 423, 424) assure la régulation en tension du deuxième bus (412_DC)..
2. Système électrique (4) selon la revendication 1 , comprenant en outre : un troisième bus (413_AC) prévu pour être relié au réseau à courant alternatif (43_AC) pour permettre un transfert d’une puissance électrique du troisième bus (413_AC) vers le réseau à courant alternatif (43_AC) ; un troisième générateur électrique (403) relié au troisième bus (413_ÀC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus (413_ÀC), le troisième générateur électrique (403) étant prévu pour être relié au premier corps rotatif (20, 22, 26) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif (20, 22, 26) et le troisième générateur électrique (403) ; un troisième convertisseur (423) de courant alternatif à courant continu, le troisième convertisseur (423) étant relié au troisième bus (413_ÀC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus (413_ÀC) et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC) ; un quatrième générateur électrique (404) prévu pour être relié au deuxième corps rotatif (20, 22, 26) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) et le quatrième générateur électrique (404) ; et un quatrième convertisseur (424) de courant alternatif à courant continu, le quatrième convertisseur (424) étant relié au quatrième générateur électrique (404) pour permettre un échange de puissance électrique entre le quatrième générateur électrique (404) et le quatrième convertisseur (424) et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC).
3 Système électrique (4) selon la revendication 2, dans lequel le troisième générateur électrique (403) est configuré pour assurer une régulation en tension du troisième bus (413_AC).
4. Système électrique (4) selon l’une des revendication 1 à 3, dans lequel le premier générateur électrique (401 ) est configuré pour assurer une régulation en tension du premier bus (411_ÀC).
5. Système électrique (4) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un contrôleur (45) configuré pour piloter au moins l’un des convertisseurs (421 , 422, 423, 424) de sorte à déterminer son mode de fonctionnement.
6. Système électrique (4) selon la revendication 5, dans lequel le premier générateur électrique (401 ) est relié au contrôleur (45) et configuré pour recevoir du contrôleur (45) une consigne pour assurer une régulation en puissance du premier bus (411_ÀC).
7. Aéronef (100) comprenant : un moteur comprenant un premier corps rotatif (20, 22, 26) et un deuxième corps rotatif (20, 22, 26) ; un réseau à courant alternatif (43_AC) ; un réseau à courant continu (44_DC) ; et un système électrique (4) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le premier bus (411_ÀC) est relié au réseau à courant alternatif (43_ÀC), le deuxième bus (412_DC) est relié au réseau à courant continu (44_DC), le premier générateur électrique (401 ) et/ou le troisième générateur électrique (403) est relié au premier corps rotatif (20, 22, 26), et le deuxième générateur électrique (402) et/ou le quatrième générateur électrique (404) est relié au deuxième corps rotatif (20, 22, 26).
8. Aéronef (100) selon la revendication 7, dans lequel le premier corps rotatif (20, 22, 26) est un corps haute pression (222, 262, 282) et le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) est un corps basse pression (20, 220, 260, 280).
9. Aéronef (100) selon la revendication 7, dans lequel le premier corps rotatif (20, 22, 26) est un corps basse pression (20, 220, 260, 280) et le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) est un corps haute pression (222, 262, 282).
10. Procédé de contrôle (E) d’un système électrique (4) selon la revendication 5, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur (45) et comprenant : le pilotage (E1 ) du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC) ; la réception (E2) d’une première mesure (m1 ) d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique (401 ) sur le premier bus (411 _AC) ; la réception (E3) d’une deuxième mesure (m2) d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique (402) et le deuxième convertisseur (422) ; la comparaison (E4) d’un rapport (m1 /m2) entre la première mesure (m1 ) et la deuxième mesure (m2) avec une valeur de référence ; et le pilotage (E5) du premier convertisseur (421 ) de sorte à ce que, si le rapport est différent de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus (411_AC).
11 . Procédé de contrôle (E’) d’un système électrique (4) selon la revendication 5, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur (45) et comprenant : la réception (E’1 ) d’une mesure (m1 ’) d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique (401 ) sur le premier bus (411 _AC) ; la comparaison (E’2) de la mesure (m1 ’) avec une valeur de référence ; le pilotage (E’3) du premier convertisseur (421 ) de sorte à ce que, si la mesure (m1 ’) est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus (411_AC) ; et le pilotage (E’4) du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC).
12. Procédé de contrôle (E”) d’un système électrique (4) selon la revendication 5, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur (45) et comprenant : la réception (E”1 ) d’une mesure (m2”) d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique (402) et le deuxième convertisseur (422) ; la comparaison (E”2) de la mesure (m2”) avec une valeur de référence ; et le pilotage (E”3) du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce que, si la mesure (m2”) est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus (412_DC) ; et le pilotage (E”4) du premier convertisseur (421 ) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC).
13. Procédé de contrôle (E’, E’”) selon l’une des revendications 11 et 12, comprenant en outre une étape de pilotage du premier générateur électrique (401 ) de sorte à ce qu’il régule en tension le premier bus (411_ÀC).
14. Procédé de contrôle (E’”) d’un système électrique (4) selon la revendication 6, le procédé étant mis en oeuvre par le contrôleur (45) et comprenant : la réception (E’”1 ) d’une mesure (m1 ’”) d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique (401 ) sur le premier bus (411 _ÀC) ; la comparaison (E’”2) de la mesure (m1 ’”) avec une valeur de référence ; le pilotage (E’”3) du premier générateur électrique (401 ) de sorte à ce que, si la première mesure est différente de la première valeur de référence, il régule en puissance le premier bus (411_ÀC) ; le pilotage (E’”4) du premier convertisseur (421 ) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du premier bus (411_ÀC) et du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC).
15. Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur du contrôleur (45), conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé (E, E’, E”, E’”) selon l’une des revendications 10 à 14.
16. Support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur du contrôleur (45), conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé (E, E’, E”, E’”) selon l’une des revendications 10 à 14.
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