EP4634061A1 - Architecture de propulsion electrique ou hybride d'aeronef - Google Patents

Architecture de propulsion electrique ou hybride d'aeronef

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Publication number
EP4634061A1
EP4634061A1 EP23837382.3A EP23837382A EP4634061A1 EP 4634061 A1 EP4634061 A1 EP 4634061A1 EP 23837382 A EP23837382 A EP 23837382A EP 4634061 A1 EP4634061 A1 EP 4634061A1
Authority
EP
European Patent Office
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hvdc
bus
propulsion
architecture
electrical
Prior art date
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Pending
Application number
EP23837382.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Alain Jean-Marie DARFEUIL
Thomas Michel André Gérard BARRACO
François Joseph Paul LELONG
Serge Lionel Pierfederici
Thomas Klonowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Lorraine
Safran Helicopter Engines SAS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National Polytechnique de Lorraine
Safran Helicopter Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut National Polytechnique de Lorraine, Safran Helicopter Engines SAS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02J7/60—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements

Definitions

  • the present invention relates to the field of electric or hybrid aircraft propulsion architectures. It concerns more particularly a propulsion architecture which is tolerant to random failures and robust to systematic failures.
  • the architectures of the propulsion systems of fixed or rotary wing aircraft are generally tolerant of single random failure but are not tolerant of systematic failure, particularly for certain critical events likely to result in the loss of the aircraft (by loss of integrity of propulsion system control, or loss of the propulsion system itself). This is even more true for vertical take-off and landing type aircraft (called “VTOL” for Vertical Take-Off and Landing) used for urban mobility purposes, whose propulsion function contributes directly to the lift function, and for which the level of safety expected to avoid tragic losses and human disasters is then even greater than that required of traditional aircraft whose probability of crashing in urban areas is very low.
  • VTOL Vertical Take-Off and Landing
  • climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various restrictions on carbon emissions have been, are or will be adopted by various states. In particular, an ambitious standard applies both to new types of aircraft but also to those currently in circulation requiring the implementation of technological solutions in order to make them comply with current regulations. Civil aviation has been mobilizing for several years now to make a contribution to the fight against climate change.
  • the main aim of the present invention is to provide an electric or hybrid propulsion and/or lift architecture comprising at least two propulsion chains and which, in normal mode and in single or multiple failure states, offers the most margin in power and probability of not losing the propulsion function.
  • an electric or hybrid aircraft propulsion architecture comprising at least two propulsion chains, each propulsion chain comprising at least one electric motor powered from at least two energy sources of the propulsion architecture through at least one at least two energy supply paths, each energy supply path comprising at least one energy converter and electrical protection delivering a direct voltage for an HVDC bus, each HVDC bus distributing this direct voltage to at least one electric motor through at least one of said energy converters and one of said electrical protections, the propulsion architecture being characterized in that the energy supply paths are at least partially dissimilar, and preferably completely dissimilar.
  • the energy source, the energy converter, the electrical protection and the HVDC bus of an energy supply path are each dissimilar respectively to the energy source, the energy converter, protection electrical and the HVDC bus of at least one other energy supply path.
  • the electric motors of the at least two propulsion chains are dissimilar.
  • the architecture may further include bus electrical protection mounted between two dissimilar HVDC buses.
  • the bus electrical protection comprises a series assembly of a controlled elementary electrical protection, preferably comprising a contactor, and an uncontrolled elementary electrical protection, preferably comprising a circuit breaker.
  • the architecture comprises at least one HVDC bus partially or totally dissimilar to the other two.
  • the architecture comprises at least one HVDC bus partially or totally dissimilar to the other three.
  • two adjacent HVDC buses of the energy distribution network are connected together by a series assembly of two bus electrical protections, these two bus electrical protections comprising two dissimilar elementary electrical protections, preferably a controlled elementary electrical protection and basic uncontrolled electrical protection.
  • the invention also relates to an electric or hybrid aircraft comprising an electric or hybrid propulsion architecture as mentioned above.
  • Figure 1 illustrates a first example of a propulsion architecture conforming to the invention
  • Figure 2 illustrates a second example of a propulsion architecture conforming to the invention
  • Figure 3 shows a first example of a power distribution network applicable to one or other of the architectures of Figures 1 and 2,
  • Figure 4 shows a second example of a power distribution network applicable to one or other of the architectures of Figures 1 and 2,
  • Figure 5 illustrates a third example of a propulsion architecture according to the invention.
  • Figure 6 illustrates a fourth example of a propulsion architecture according to the invention.
  • each motor (or group of motors referenced Group 1 and Group2 in the remainder of the description) operates independently of one another if there are two (or of each other if there are has more than two), it is necessary to ensure that the consumers that are these electric motors are independent and that the energy sources which are used to power them are also independent.
  • the propulsion system is the function and organs which make it possible to produce and regulate the speed of rotation and/or the torque on each drive shaft of each electric motor. This power production on multiple output shafts is controlled by requests issued by the aircraft flight control system.
  • elements or power paths of the propulsion architecture are said to be “dissimilar” when they meet this diversification criterion, in particular when their hardware or software characteristics are different.
  • the first subset relates to cascading failures which are failures where there is physical or logical coupling between non-redundant objects. There is first a primary failure of the first object, then by propagation, the secondary failure of the second object, etc., until shutdown of the propagation to the final element which fails, or the stopping of the propagation on an object more robust than its predecessor to the failure.
  • the second subset concerns common cause failures which can reveal the dependence of several objects in the same time interval, such as a flight or a mission, and which can result from a redundant object coupling mechanism, or from a common cause initiator, at a certain moment in time (example: a morning with much more humidity than usual, a higher vibration level than usual, ).
  • the common cause may appear to have a random character in that the initiator may appear randomly over time to create the conditions for the occurrence of failures of several objects in the flight.
  • stress stress, particular request
  • the effects of the failures are the same due to the lack of robustness of the objects with regard to the equivalent conditions which generate the failure of each of the objects.
  • the invention therefore describes architectures tolerant to common causes leading to potentially critical systematic failures of the propulsion system, and which by reducing the common initiators and the coupling mechanisms prevent these common causes from leading to the much feared events of the propulsion system ( loss of integrity, loss of availability mentioned in the preamble).
  • Figure 1 shows a first example of propulsion system architecture in accordance with the invention composed of at least two propulsion chains in which we find for each of them at least: a source of energy, a first conversion element energy, an element for distributing the converted energy, a second element for converting the distributed energy, an element for transforming electrical energy into mechanical energy (electric motors) which drives a propeller, electrical protections and a or control systems (not illustrated) of the different elements of the chain.
  • HVDC busl # HVDC bus2 High Voltage Direct Current
  • each HVDC bus is advantageously powered in more than one functional power supply chain (or energy supply path) by several sources, two in this first configuration, one source of which is common to two functional power chains.
  • the common source 2 can be, for example, a non-rechargeable thermal cell, or a rechargeable element such as a fuel cell, or a super capacity as illustrated or even a thermal engine equipped with two alternators or a double alternator channel (also called double star) supplying an HVAC bus (not shown), while sources 1 and 3 could be batteries.
  • source 1 is similar to source 3 and source 2 is dissimilar to sources 1 and 3.
  • the same similarities and dissimilarities are present at the level of the converters and electrical protections of each propulsion chain. These electrical protections provide a protective role against certain electrical failures: short circuit between wires, between phases or between phases and ground. These electrical protections are known under the name of: fuse, pyrofuse, circuit breaker, pyrotechnic circuit breaker, etc.... With the exception of the fuse, these components are completely or partially controlled and depend on another element which will detect these faults short circuit.
  • electrical protections combine an element which ensures detection and another which controls an electrical fault cut-off element. More generally, electrical protection is the combination of two switches in series combining a double property: active component and passive component. Such electrical protection serves to protect the propulsion chain from the effects of the failure of an element of an electrical path, so as to locally limit the electrical failure and make it possible to maintain the other paths and electrical elements in nominal operation, and to therefore make them independent of the electrical failure and the impacted path(s).
  • any electrical failure such as a short circuit must be able to be contained by isolating the other elements of the electrical circuit from the effects of this failure.
  • each electrical protection must be independent of the causes that it is supposed to cover, that is to say that any cause of failure leading to a short circuit must be independent of the electrical protection against short circuits.
  • HVDC bus 1 HVDC bus 2
  • HVDC bus 2 HVDC bus 2
  • This bus electrical protection consists of the series assembly of two types of elementary electrical protection: one controlled, like a contactor (controlled when opening for example depending on an overcurrent), and the other uncontrolled , such as a circuit breaker (in English “breaker”), a pyrotechnic fuse (in English “pyrofuse”), a pyrotechnic circuit breaker (in English “pyroswitch”).
  • breaker in English “breaker”
  • pyrotechnic fuse in English “pyrofuse”
  • pyrotechnic circuit breaker in English “pyroswitch”.
  • this bus electrical protection can be installed or not. If it is installed, the contactor is generally kept open, except in the event of a breakdown, and the circuit breaker is generally kept closed in the nominal position (the "cross bar contactor" must be open in the nominal case to maintain the independence of the two channels ).
  • the contactor (the controlled element) of the electrical protection can be made to close, following very specific phases of operation on the ground or in flight, to recharge one source with another for example, or in the event of a failure.
  • the dependence between the two HVDC buses is only acceptable if we know how to isolate one HVDC bus from the other again when one of the buses fails.
  • the implementation can lead to implementing several electrical elements so as to be sure of being able to make the two buses independent again, by opening the dependency link, if one of the two buses was for example short-circuited.
  • minimum cut of order 2 for the loss of availability of the sources, but with an appreciable gain on the balance sheet. of mass compared to the minimum cut of order 3 relating to the loss of availability of sources with the architecture of Figure 1.
  • the notion of minimum cut of order n must be understood as the number n of conditions necessary for lead to the loss of the aircraft in the sense of the fault tree (also called fault tree or fault tree) associated with the propulsion chains.
  • HVDC busl # HVDC bus2 optimally between the two buses, it should be specified that at least one power path of HVDC bus 1 is dissimilar to at least one power path of HVDC bus 2, which can be represented as follows:
  • the motor is powered both from the HVDC busl and the HVDC bus2 through dissimilar converters and electrical protections. More precisely, the motor is powered from the HVDC busl by a path 1.1 through the electrical protection 1 and the converter 1.1 and from the HVDC bus2 by a path 2.1 through the electrical protection 2 and the converter 2.1, it being understood that protection 1 and protection 2 are dissimilar and converter 1.1 and converter 2.1 are also dissimilar. Likewise, the engine?
  • sources 2.1 and 2.2 no longer have a common origin and are therefore distinct, and the routing of the loads is different.
  • the motor is powered exclusively from the HVDC bus 1 by two redundant paths, one 1.1 through the electrical protection 1 and the converter 1.1 and the other 1.2 through the protection 1 and the converter 1.2, and the engine? from HVDC bus2 by also two redundant paths, one 2.1 through protection 2 and converter 2.1 and the other 2.2 through protection 2 and converter 2.2.
  • FIG 3 shows a different example of powering HVDC busl and HVDC bus2 with four separate sources (load routing is absent).
  • This architecture is significantly different from the previous one, in that there are two sources that are shared on each HVDC bus. But there are also two additional HVDC buses. This advantageously makes it possible to route the loads as illustrated previously in Figures 1 and 2 so as to eliminate the minimum order 2 failure cut which exists when there are only two buses.
  • HVDC busl # HVDC bus4 To preserve the principle of independence optimally between the two buses: HVDC busl # HVDC bus4, it is appropriate to specify that at least one power path of HVDC bus 1 is partially or totally dissimilar to at least one path of power supply of HVDC bus 4, which is as follows:
  • Another equally appropriate example of distribution takes advantage of the dissimilarity which, depending on the case, may exist between sources 2 and 3 based on batteries and sources 1 and 4 which could be different from batteries.
  • the advantage of adding bus electrical protection (Protection 5 and Protection 6) between the HVDC1 and HVDC4 buses remains the same as for the first configuration.
  • the crossover contactor can serve as redundancy for the HVDC2 and HVDC3 buses to allow the HVDC1 bus to be connected to the HVDC 4 bus.
  • the architecture in Figure 4 uses the principles of the previous one but makes it possible to reduce the number of sources available. In this configuration, the loss of sources is a minimum cut of order 3. If the needs and the reliability/availability of the sources allow it, we could even further reduce the number of sources by removing, for example, the Source or the Source3. In this case, the loss of sources would be a minimum cut of order 2, which is not in itself prohibitive.
  • HVDC busl # HVDC bus4 At least one power path of the HVDC busl is partially or totally dissimilar by at least a power path from the HVDC bus4, which is as follows:
  • Protection 1.1 Protection 1.2
  • Converter 1.1 Converter 1.2
  • HVDC bus3 HVDC bus4.
  • path 1.1 is electrically independent of path 1.2 and that the failure of the common point of the common source does not propagate to lead to losing both HVDC busl and HVDC bus4. To do this, it is therefore necessary that: Source 1 # [HVDC busl or HVDC bus4].
  • the crossover contactor can serve as redundancy for HVDC bus2 and HVDC bus3 to allow HVDC busl to be connected to HVDC bus4.
  • the architecture illustrated in Figure 5 represents an annular network with three distinct sources.
  • the loads (the motors electrical actuating the propellers) are not directly connected to the HVDC buses but through so-called Reconfiguration modules arranged at the intersection of two adjacent HVDC buses of the ring and made up of two electrical bus protections.
  • Each of these two bus electrical protections consists of the series assembly of two types of elementary electrical protection (Protection_a and Protection_b on the one hand and Protection_c and Protection_d on the other hand) which are dissimilar in nature: one controlled, like a contactor, and the other uncontrolled, like a circuit breaker.
  • These bus electrical protections are not necessarily all identical as illustrated and the dissimilarity of the modules as illustrated could be organized differently.
  • the ring network is the example of an implementation in which all sources and the loads are connected to the same network.
  • Such a network is organically like a spider's web which offers important advantages for the fault tolerance of the different actors in the network.
  • HVDC bus_i #HVDC bus_others there is at least one network independent of another, i.e. HVDC bus_i #HVDC bus_others. So, if there should be a need for a independence of order 3 on an architecture (Groupel#Groupe2#Groupe3), there should be at least two distinct paths partially or totally dissimilar to each other and to the others, HVDC bus_i # HVDC bus_j # HVDC bus_others. Likewise, if there was a need for independence of order n, there would have to be at least n-1 paths partially or totally dissimilar to each other and to the last ones.
  • propulsion architectures presented in this invention other distribution choices may be justified depending for example: on the reliability of the diversified technological solutions, of the aircraft and its ability to install paths that do not corrupt the expected independence by common causes of failure due to the areas of the aircraft crossed by the paths, or other threats such as high energy debris.
  • the dissimilarity can be hardware or software.
  • one motor may be a permanent magnet synchronous machine and another an asynchronous machine. This makes it possible in particular to limit the problems linked to the nature of the materials used for the magnets.
  • protection systems can be controlled remotely or triggered autonomously.
  • electromechanical type protection circuit breaker, fuse or pyrofuse
  • electronic type semiconductor power controller “SSPC”.

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Abstract

Architecture de propulsion électrique ou hybride d'aéronef comportant au moins deux chaînes propulsives, chaque chaîne propulsive comportant au moins un moteur électrique (Moteur1, Moteur2) alimenté depuis au moins deux sources d'énergie (Source1, Source2, Source3) de l'architecture de propulsion au travers de au moins deux chemins d'alimentation en énergie comportant chacun au moins un convertisseur d'énergie, et une protection électrique délivrant une tension continue pour un bus HVDC (HVDC bus1, HVDC bus2), chaque bus HVDC distribuant cette tension continue à au moins un moteur électrique au travers d'au moins un convertisseur d'énergie et une protection électrique, l'architecture de propulsion comportant des chemins d'alimentation en énergie au moins partiellement dissimilaires et de préférence totalement dissimilaires.

Description

Description
Titre de l'invention : Architecture de propulsion électrique ou hybride d'aéronef
Domaine Technique
La présente invention se rapporte au domaine des architectures de propulsion électriques ou hybrides des aéronefs. Elle concerne plus particulièrement une architecture de propulsion qui soit tolérante aux défaillances aléatoires et robuste aux défaillances systématiques.
Technique antérieure
Les architectures des systèmes propulsifs des aéronefs à voilures fixes ou tournantes sont en général tolérantes à la défaillance aléatoire unique (en anglais « single random failure ») mais ne sont pas tolérantes aux défaillances systématiques (en anglais « systematic failure »), notamment pour certains événements critiques de nature à entraîner la perte de l'aéronef (par perte d'intégrité du contrôle du système propulsif, ou perte du système propulsif lui-même). C'est encore plus vrai pour les aéronefs du type à décollage et atterrissage vertical (dits « VTOL » pour Vertical Take-Off and Landing) utilisés à des fins de mobilité urbaine, dont la fonction propulsion contribue directement à la fonction sustentation, et pour lesquels le niveau de sécurité attendu pour éviter des pertes tragiques et des désastres humains est alors encore plus important que celui exigé des aéronefs traditionnels dont la probabilité de s'écraser en zone urbaine est des plus faibles.
Pour s'affranchir de la perte d'intégrité du contrôle, il est connu de redonder les dispositifs de contrôle de sorte qu'après la sanction de la première défaillance aléatoire, la fonction de contrôle reste assurée par la redondance. Pour s'affranchir de la perte du système de propulsion, il est connu de maintenir un minimum de ressources propulsives en fonctionnement pour être en mesure de réaliser un atterrissage de sécurité, c'est-à-dire permettant d'assurer une trajectoire de l'aéronef avec les marges de sécurité requises. Ces solutions, acceptables pour les aéronefs traditionnels à moteurs thermiques, ne le sont plus pour les architectures des chaînes propulsives électriques ou hybrides qui se doivent d'être plus performantes vis-à-vis des défaillances aléatoires et systématiques.
Par ailleurs, le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s'applique à la fois aux nouveaux types d'avions mais aussi ceux actuellement en circulation nécessitant de devoir mettre en oeuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L'aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d'améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l'environnement et dont l'intégration et l'utilisation dans l'aviation civile ont des impacts environnementaux modérés dans un but d'amélioration de l’efficacité énergétique des avions.
Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son impact climatique par l'emploi de méthodes et l'exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l’empreinte environnementale de son activité.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d'avions, l'allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l'emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques. La présente invention est ainsi le résultat de ces recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et à contribuer à la réduction de leur impact environnemental.
Exposé de l'invention
Au regard de ce qui précède, la présente invention a pour but principal de fournir une architecture électrique ou hybride de propulsion et/ou sustentation comprenant au moins deux chaînes propulsives et qui, en mode normal et dans les états de panne uniques ou multiples, offre le plus de marge en puissance et en probabilité de non-perte de la fonction de propulsion.
Ces buts sont atteints par une architecture de propulsion électrique ou hybride d'aéronef comportant au moins deux chaînes propulsives, chaque chaîne propulsive comportant au moins un moteur électrique alimenté depuis au moins deux sources d'énergie de l'architecture de propulsion au travers de au moins deux chemins d'alimentation en énergie, chaque chemin d'alimentation en énergie comportant au moins un convertisseur d'énergie et une protection électrique délivrant une tension continue pour un bus HVDC, chaque bus HVDC distribuant cette tension continue à au moins un moteur électrique au travers d'au moins un desdits convertisseurs d'énergie et une desdites protections électriques, l'architecture de propulsion étant caractérisée en ce que les chemins d'alimentation en énergie sont au moins partiellement dissimilaires, et de préférence totalement dissimilaires.
Ainsi, par cette dissimilarité des chemins d'alimentation en énergie, on obtient une architecture tolérante aux défaillances aléatoires et robuste aux défaillances systématiques. On peut ainsi obtenir un système propulsif éventuellement éligible au rang de système critique, délivrant les puissances nécessaires au contrôle du vol avec un très haut niveau de sécurité et minimisant à un niveau acceptable les vulnérabilités et menaces de potentielles défaillances.
Dans l'invention, la diversification ou dissimilarité est donc présente dans tous les éléments de l'architecture de propulsion, et permet de maintenir une indépendance entre des pannes potentiellement dangereuses. De préférence, la source d'énergie, le convertisseur d'énergie, la protection électrique et le bus HVDC d'un chemin d'alimentation en énergie sont chacun dissimilaires respectivement de la source d'énergie, du convertisseur d'énergie, de protection électrique et du bus HVDC de au moins un autre chemin d'alimentation en énergie.
Avantageusement, les moteurs électriques des au moins deux chaînes propulsives sont dissimilaires.
L'architecture peut comporter en outre une protection électrique de bus montée entre deux bus HVDC dissimilaires.
De préférence, la protection électrique de bus comprend un assemblage en série d'une protection électrique élémentaire pilotée, comprenant de préférence un contacteur, et d'une protection électrique élémentaire non pilotée, comprenant de préférence un disjoncteur.
Appliquée à un réseau de distribution d'énergie annulaire à trois bus HVDC, l'architecture comporte au moins un bus HVDC dissimilaire partiellement ou totalement des deux autres.
Appliquée à un réseau de distribution d'énergie annulaire à quatre bus HVDC, l'architecture comporte au moins un bus HVDC dissimilaire partiellement ou totalement des trois autres.
De préférence, deux bus HVDC adjacents du réseau de distribution d'énergie sont reliés entre eux par un assemblage en série de deux protections électriques de bus, ces deux protections électriques de bus comprenant deux protections électriques élémentaires dissimilaires, de préférence une protection électrique élémentaire pilotée et une protection électrique élémentaire non pilotée.
L'invention concerne également un aéronef électrique ou hybride comportant une architecture de propulsion électrique ou hybride telle que précitée.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif, parmi lesquels :
[Fig. 1] la figure 1 illustre un premier exemple d'une architecture de propulsion conforme à l'invention,
[Fig. 2] la figure 2 illustre un deuxième exemple d'une architecture de propulsion conforme à l'invention,
[Fig. 3] la figure 3 montre un premier exemple d'un réseau de distribution de puissance applicable à l'une ou l'autre des architectures des figures 1 et 2,
[Fig. 4] la figure 4 montre un deuxième exemple d'un réseau de distribution de puissance applicable à l'une ou l'autre des architectures des figures 1 et 2,
[Fig. 5] la figure 5 illustre un troisième exemple d'une architecture de propulsion conforme à l'invention, et
[Fig. 6] la figure 6 illustre un quatrième exemple d'une architecture de propulsion conforme à l'invention.
Description des modes de réalisation
Dans la suite de la description, il est considéré que tous les éléments de l'architecture sont en fonctionnement actif et sont en mesure de contribuer à compenser les défaillances systématiques, ainsi que les défaillances aléatoires, de façon à maintenir l'aptitude de l'aéronef à réaliser un atterrissage sûr avec un moteur électrique (une unique unité de propulsion), c'est-à-dire fournir un niveau de puissance d'urgence nécessaire pour compenser la ou les pertes des autres unités de propulsion.
Pour arriver à ce que chaque moteur (ou groupe de moteurs référencés Group 1 et Group2 dans la suite de la description) fonctionne indépendamment l'un de l'autre s'il y en a deux (ou les uns des autres s'il y a plus de deux), il convient de faire en sorte que les consommateurs que sont ces moteurs électriques soient indépendants et que les sources d'énergie qui servent à leur alimentation le soient également. Il est rappelé que l'on appelle système propulsif la fonction et les organes qui permettent de produire et réguler la vitesse de rotation et/ou le couple sur chaque arbre d'entraînement de chaque moteur électrique. Cette production de puissance sur de multiples arbres de sortie est asservie aux demandes émises par le système de contrôle du vol de l'aéronef.
Plusieurs architectures de systèmes propulsifs vont être décrites ci-après et il sera expliqué pour chacune d'elles comment est assurée cette indépendance pour être tolérant à la panne unique aléatoire ou systématique. Pour cela, il sera fait appel à la diversification (ou dissimilarité) qui consiste à différencier le plus possible les caractéristiques matérielles ou logicielles des objets que l'on souhaite rendre indépendants, de sorte que, plus il y aura de caractéristiques différentes entre les mêmes objets, plus la probabilité de défaillances de ces objets du fait d'une cause commune sera faible.
Dans la suite de la description, des éléments ou chemins d'alimentation de l'architecture de propulsion sont dits « dissimilaires » lorsqu'ils remplissent ce critère de diversification, notamment lorsque leurs caractéristiques matérielles ou logicielles sont différentes.
En effet, le fait que des objets soient très similaires voire identiques crée une dépendance entre ces objets, c'est-à-dire qu'ils ne sont plus statistiquement indépendants et que la défaillance de l'un de ces objets est statistiquement corrélée à la défaillance d'un autre de ces objets. Cette dépendance peut être due à des caractéristiques intrinsèques fonctionnelles ou physiques, délibérées ou non, qui sont des vulnérabilités comme par exemple : le comportement, le matériau, la géométrie, ..., ou bien à des caractéristiques des objets intrinsèques ou extrinsèques, délibérées ou non, qui résultent des interactions entre les objets, ou bien d'un comportement face à une situation donnée.
On peut considérer qu'il existe deux sous-ensembles de causes qui rendent les défaillances dépendantes. Le premier sous-ensemble est relatif aux défaillances en cascade qui sont des défaillances où il y a couplage physique ou logique entre des objets non redondés. Il y a d'abord une défaillance primaire du premier objet, puis par propagation, la défaillance secondaire du deuxième objet, etc..., jusqu'à l'arrêt de la propagation à l'élément final qui défaille, ou bien l'arrêt de la propagation sur un objet plus robuste que son prédécesseur à la défaillance. Le deuxième sous- ensemble concerne les défaillances de cause commune qui peuvent révéler la dépendance de plusieurs objets dans un même intervalle de temps, comme un vol ou une mission, et qui peut résulter d'un mécanisme de couplage d'objets redondés, ou d'un initiateur de cause commune, à un certain moment du temps (exemple : un matin avec beaucoup plus d'humidité que d'habitude, un niveau de vibration plus élevé que d'habitude, ...). La cause commune peut sembler avoir un caractère aléatoire du fait que l'initiateur peut apparaître dans le temps de façon aléatoire pour créer les conditions d'occurrence des défaillances de plusieurs objets dans le vol. Cependant, lorsqu'il y a occurrence de l'initiateur (stress, sollicitation particulière), les effets des défaillances sont les mêmes du fait du manque de robustesse des objets en regard des conditions équivalentes qui génèrent la défaillance de chacun des objets.
Aussi, l'invention décrit donc des architectures tolérantes aux causes communes conduisant à des défaillances systématiques potentiellement critiques du système propulsif, et qui en réduisant les initiateurs communs et les mécanismes de couplage évitent que ces causes communes conduisent aux événements tant redoutés du système propulsif (perte d'intégrité, perte de disponibilité évoqués en préambule).
La figure 1 montre un premier exemple d'architecture de système propulsif conforme à l'invention composé d'au moins deux chaînes propulsives dans lesquelles on trouve pour chacune d'elle au moins : une source d'énergie, un premier élément de conversion d'énergie, un élément de distribution de l'énergie convertie, un second élément de conversion de l'énergie distribuée, un élément de transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique (moteurs électriques) qui entraîne une hélice, des protections électriques et un ou des systèmes de contrôle (non illustrés) des différents éléments de la chaîne.
Il s'agit d'une architecture de propulsion avec deux groupes de propulseurs indépendants (Groupe 1 # Groupe ) (le signe # signifiant cette indépendance), le moteur du Groupe 1 n'étant pas de la même origine (par exemple des fournisseurs différents) que celui du Groupe? (ces deux moteurs sont donc dissimilaires), organisée avec deux bus HVDC (High Voltage Direct Current) qui sont indépendants également : HVDC busl # HVDC bus2. Pour un tel bus qui technologiquement est une simple barre de cuivre/aluminium, cette indépendance se matérialisera par des caractéristiques permettant de s'immuniser des causes communes avec des matériaux, formes, ou fournisseurs distincts.
Pour améliorer la disponibilité de chaque bus HVDC, chaque bus HVDC est avantageusement alimenté selon plus d'une chaîne fonctionnelle d'alimentation (ou chemin d'alimentation en énergie) par plusieurs sources, deux dans cette première configuration dont une source est commune à deux chaînes fonctionnelles d'alimentation. La source commune 2 peut être, par exemple, une pile thermique non rechargeable, ou bien un élément rechargeable tel qu'une pile à combustible, ou une super capacité comme illustré ou encore un moteur thermique équipé de deux alternateurs ou d'un alternateur double canal (également appelé double étoile) alimentant un bus HVAC (non représenté), alors que les sources 1 et 3 pourraient être des batteries.
Le fait d'avoir plus d'une chaîne fonctionnelle d'alimentation permet d'être tolérant aux cas de défaillance aléatoire unique qui font perdre l'alimentation du bus et donc le bus complet (il faut dans ce cas que chaque chaîne fonctionnelle soit en mesure de fournir la puissance maximale nécessaire comme une véritable redondance) mais ne peut pallier les défaillances systématiques qui existent du fait de la similarité de la définition/conception, fabrication, installation, utilisation, et maintenance/réparation, de ces chaînes fonctionnelles d'alimentation redondées.
Aussi, selon l'invention, pour que cette architecture de propulsion devienne tolérante à la défaillance systématique et satisfasse à la condition d'indépendance précitée HVDC busl # HVDC bus2, il faut aussi que ces deux chaînes d'alimentation soient au moins partiellement dissimilaires, et de préférence totalement dissimilaires.
Cette dissimilarité est illustrée par les contours en traits pleins ou en pointillés des blocs concernés, les mêmes contours correspondant à des objets similaires. Ainsi, la source 1 est similaire à la source 3 et la source 2 est dissimilaire des sources 1 et 3. Les mêmes similarités et dissimilarités sont présentes au niveau des convertisseurs et des protections électriques de chaque chaîne propulsive. Ces protections électriques assurent un rôle de protection contre certaines défaillances électriques : court-circuit entre fils, entre phases ou entre phases et masse. Ces protections électriques sont connues sous le nom de : fusible, pyrofusible, disjoncteur, disjoncteur pyrotechnique, etc.... A l'exception du fusible, ces composants sont complètement ou partiellement commandés et dépendent d'un autre élément qui va détecter ces défauts de court-circuit. Dans la majorité des cas, ces protections électriques associent un élément qui assure la détection et un autre qui commande un élément de coupure du défaut électrique. Plus généralement, une protection électrique est l'association de deux interrupteurs en série associant une double propriété : composant actif et composant passif. Une telle protection électrique sert à protéger la chaîne de propulsion des effets de la défaillance d'un élément d'un chemin électrique, de façon à circonscrire localement la défaillance électrique et permettre de maintenir les autres chemins et éléments électriques en fonctionnement nominal, et à donc les rendre indépendants de la défaillance électrique et du ou des chemins impactés.
Ainsi, pour une défaillance électrique provenant d'une source pouvant être en courant alternatif ou en courant continu, on cherchera à l'isoler du ou des consommateur(s). Pour une défaillance électrique provenant d'un élément de distribution (barre bus HVDC ou HVAC), on cherchera à l'isoler des consommateur(s) ainsi que de la source pour éviter la propagation à d'autres chemins électriques. Pour une défaillance électrique provenant d'un élément de transformation d'énergie (convertisseur AC/DC, convertisseur DC/AC, ...), on cherchera à l'isoler de la source, de l'élément de distribution ainsi que du ou des consommateur(s) en aval.
Toute défaillance électrique de type court-circuit doit pouvoir être circonscrite en isolant les autres éléments du circuit électrique des effets de cette défaillance. Ainsi, chaque protection électrique doit être indépendante des causes qu'elle est sensée couvrir, c'est-à-dire que toute cause de défaillance menant à un court-circuit doit être indépendante de la protection électrique contre les courts-circuits.
On notera que ces protections électriques sont aussi aptes à pallier de la même façon d'autres risques que les risques de court-circuit, tels que la surtension, la sur- température ou l'emballement thermique d'origine électrique (batterie) qui doivent aussi être maîtrisés au niveau d'un système propulsif électrique ou hybride.
Entre les deux bus HVDC (HVDC bus 1, HVDC bus 2) est montée une protection électrique de bus de type « Cross bar contactor ». Cette protection électrique de bus consiste en l'assemblage en série de deux types de protection électrique élémentaire : une pilotée, comme un contacteur (piloté à l'ouverture par exemple en fonction d'un sur-courant), et l'autre non pilotée, comme un disjoncteur (en anglais « breaker »), un fusible pyrotechnique (en anglais « pyrofuse »), un disjoncteur pyrotechnique (en anglais « pyroswitch »). Ces deux protections sont par nature dissimilaires, chacune d'elle s'ouvrant sur des conditions bien spécifiques, en redondance ou complémentaires.
Selon les besoins, cette protection électrique de bus peut être installée ou non. Si elle est installée, le contacteur est en général maintenu ouvert, hors cas de panne, et le disjoncteur est généralement maintenu fermé en position nominale (le « cross bar contactor » doit être ouvert dans le cas nominal pour maintenir l'indépendance des deux canaux). Le contacteur (l'élément piloté) de la protection électrique peut être amené à se fermer, suivant des phases très particulières de fonctionnement au sol ou en vol, pour recharger une source avec une autre par exemple, ou lors de cas de défaillance. Lors de certaines défaillances, plutôt que d'utiliser les chemins d'alimentation non-défaillants au maximum de leur performance, il peut être particulièrement avantageux de restaurer d'autres chemins et de répartir la puissance sur un certain nombre de chemins, ce qui est doublement avantageux car cela évite de faire fonctionner à la puissance maximum certains chemins, ce qui diminue le risque de panne et cela permet de maintenir redondés certains chemins et donc de maintenir le système dans un état plus tolérant à la panne.
D'un point de vue de la sûreté, la dépendance entre les deux bus HVDC n'est acceptable que si on sait isoler à nouveau un bus HVDC de l'autre lorsqu'un des bus devient défaillant. La réalisation peut conduire à implémenter plusieurs éléments électriques de façon à être sûr de pouvoir à nouveau rendre indépendants les deux bus, en ouvrant le lien de dépendance, si l'un des deux bus était par exemple en court-circuit. Il convient de préciser qu'il existe plusieurs combinaisons possibles de mutualisation, suivant que l'alimentation du bus soit simplex, duplex, ou plus. On peut par exemple envisager dans une variante d'architecture que le HVDC bus 1 soit alimenté en simplex uniquement par la source 2, c'est-à-dire sans la source 1 qui ne serait pas alors installée. Dans ce cas, il n'y aurait donc véritablement que deux sources d'énergie, la source 2 et la source 3, soit une coupe minimale d'ordre 2 pour la perte de disponibilité des sources, mais avec un gain appréciable sur le bilan de masse par rapport à la coupe minimale d'ordre 3 relative à la perte de disponibilité des sources avec l'architecture de la figure 1. La notion de coupe minimale d'ordre n doit s'entendre comme le nombre n de conditions nécessaires pour aboutir à la perte de l'aéronef au sens de l'arbre de défaillance (aussi appelé arbre de pannes ou arbre de fautes) associé aux chaînes propulsives.
Pour préserver le principe d'indépendance HVDC busl # HVDC bus2 de façon optimale entre les deux bus, il convient de spécifier qu'au moins un chemin d'alimentation du HVDC bus 1 soit dissimilaire d'au moins un chemin d'alimentation du HVDC bus 2, ce qui peut être représenté de la façon suivante :
• [cheminl ou chemin2.1] # [chemin2.2 ou chemin3].
Soit encore par exemple :
• [Sourcel + Protection 1 + Convertisseurl + HVDC Bus 1] # [Source3 + Protections + Convertisseurs + HVDC Bus2], [Source2 # [HVDC busl ou HVDC bus2]], ce qui autorise : Source2.1=Source2.2, Protection2.1=Protection2.2=[Protectionl ou Protections ou ni l'un ni l'autre], Convertisseur2.1=Convertisseur2.2=[Convertisseurl ou Convertisseurs ou ni l'un ni l'autre],
• [Source2.1 + Protection2.1 + Convertisseur2.1 + HVDC Bus 1] # [Source2.2 + Protection2.2 + Convertisseur2.2 + HVDC Bus2], [Source2 # [HVDC busl ou HVDC bus2]], Source2 # [Sourcel ou Sources], ce qui autorise : Protections Protections =[ Protection 2.1 ou Protection2.2 ou ni l'un ni l'autre], Convertisseurl =Convertisseur3=[Convertisseur2.1 ou Convertisseur2.2 ou ni l'un ni l'autre], • [Sourcel + Protection 1 + Convertisseurl + HVDC Bus 1] # [Source + Source?.2+ Protection?.2 + Convertisseur?.2 + HVDC Bus2], [Source? # [HVDC busl ou HVDC bus2]], ce qui autorise : Sourcel=Source3, Protections Protections = [Protection?.1 ou non],
Convertisseurl =Convertisseur3=[Convertisseur2.1 ou non],
• [Sourcel + Protection 1 + Convertisseurl + HVDC Bus 1] # [Source? + Source?. i+ Protection?. i + Convertisseur?. i + HVDC Bus2], [Source? # [HVDC busl ou HVDC bus2]], ce qui autorise : Sources Sources, Protections Protections, Convertisseurl=Convertisseur3,
Bien entendu, il est fondamental que le chemin 2.1 soit électriquement indépendant du chemin 2.2 et que la panne du point commun « Source 2 » ne se propage pas pour conduire à faire perdre HVDC busl et HVDC bus2. Pour ce faire, il faut donc que : Source 2 # [HVDC busl ou HVDC bus2].
Cette indépendance se retrouve au niveau des moteurs électriques qui sont dissimilaires entre eux et dont le routage est aussi distinct. Ainsi, le moteurl est alimenté à la fois depuis le HVDC busl et le HVDC bus2 à travers des convertisseurs et protections électriques dissimilaires. Plus précisément, le moteurl est alimenté depuis le HVDC busl par un chemin 1.1 au travers de la protection électrique 1 et du convertisseur 1.1 et depuis le HVDC bus2 par un chemin 2.1 au travers de la protection électrique 2 et du convertisseur 2.1, étant entendu que la protection 1 et la protection 2 sont dissimilaires et le convertisseur 1.1 et le convertisseur 2.1 sont aussi dissimilaires. De même, le moteur? est alimenté depuis le HVDC busl par un chemin 2.2 au travers de la protection électrique 1 et du convertisseur 1.2 et depuis le HVDC bus2 par un chemin 2.1 au travers de la protection électrique 2 et du convertisseur 2.1, étant entendu que la protection 1 et la protection 2 sont dissimilaires et le convertisseur 2.1 et le convertisseur 2.2 sont aussi dissimilaires.
Dans la figure 2, les sources 2.1 et 2.2 n'ont plus une origine commune et sont donc distinctes, et le routage des charges est différent. Ainsi, le moteurl est alimenté exclusivement depuis le HVDC bus 1 par deux chemins redondants, l'un 1.1 au travers de la protection électrique 1 et du convertisseur 1.1 et l'autre 1.2 au travers de la protection 1 et du convertisseur 1.2, et le moteur? depuis le HVDC bus2 par également deux chemins redondants, l'un 2.1 au travers de la protection 2 et du convertisseur 2.1 et l'autre 2.2 au travers de la protection 2 et du convertisseur 2.2.
La figure 3 représente un exemple différent d'alimentation des HVDC busl et HVDC bus2 avec quatre sources distinctes (le routage des charges est absent). Cette architecture est sensiblement différente de la précédente, en ce sens qu'il y a deux sources qui sont partagées sur chaque bus HVDC. Mais il existe aussi deux bus HVDC additionnels. Cela permet avantageusement de router les charges comme illustré précédemment aux figures 1 et 2 de façon à éliminer la coupe minimale d'ordre 2 de défaillance qui existe quand il n'y a que deux bus.
Pour préserver le principe d'indépendance de façon optimale entre les deux bus : HVDC busl # HVDC bus4, il convient de spécifier qu'au moins un chemin d'alimentation du HVDC bus 1 soit dissimilaire partiellement ou totalement d'au moins un chemin d'alimentation du HVDC bus 4, ce qui se décline comme suit :
• [cheminl ou chemin2] # [chemin3 ou chemin4].
Soit par exemple, entre plusieurs répartitions possibles de la dissimilarité sur cette architecture, au moins le choix minimal suivant :
• [Sourcel + Protection 1 + Convertisseurl + HVDC Bus 1] # [Source4 + Protection4 + Convertissent + HVDC Bus4], [Source2 # [HVDC busl ou HVDC bus4]], [Source3 # [HVDC busl ou HVDC bus4]], ce qui autorise : Sourcel =Source2, Protection l=Protection2, HVDC busl= HVDC bus2, Convertisseurl =Convertisseur2, Source3=Source4, Protections =Protection4, Convertisseurs =Convertisseur4, HVDC bus3= HVDC bus4.
Un autre exemple de répartition aussi approprié profite de la dissimilarité qui, suivant les cas, peut exister entre les sources 2 et 3 à base de batteries et les sources 1 et 4 qui pourraient être différentes de batteries.
L'intérêt d'ajouter dans ces deux configurations précédentes une protection électrique de bus (Protection 5 et Protection 6) entre les bus HVDC1 et HVDC4 reste le même que pour la première configuration. Le contacteur croisé peut servir de redondance aux bus HVDC2 et HVDC3 pour permettre de connecter le bus HVDC1 au bus HVDC 4. L'architecture de la figure 4 reprend les principes de la précédente mais permet de réduire le nombre de sources disponibles. Dans cette configuration, la perte des sources est une coupe minimale d'ordre 3. Si les besoins et la fiabilité/disponibilité des sources le permettent, on pourrait même réduire encore le nombre de sources en supprimant par exemple la Source ou la Source3. Dans ce cas, la perte des sources serait une coupe minimale d'ordre 2, ce qui n'est pas en soi rédhibitoire.
Ici encore, pour préserver le principe d'indépendance (HVDC busl # HVDC bus4) de façon optimale entre les deux bus, il convient de spécifier qu'au moins un chemin d'alimentation du HVDC busl soit dissimilaire partiellement ou totalement d'au moins un chemin d'alimentation du HVDC bus4, ce qui se décline comme suit :
• [cheminl.l ou chemin? ou chemin3] # [cheminl.2 ou chemin3 ou chemin?].
Il y a plusieurs répartitions possibles de la dissimilarité sur cette architecture dont le suivant qui minimise le nombre d'éléments dissimilaires :
• [Source 1 + Sourcel.i + Protection l.i + Convertisseurl.i + HVDC Bus 1] # [Source2/3 + Protection2/3 + Convertisseur2/3 + HVDC Bus4], [Source? # [HVDC busl ou HVDC bus4]], [Source3 # [HVDC busl ou HVDC bus4]], ce qui autorise : Source? =Source3, Protection? = Protections, HVDC busl= HVDC bus2, Convertisseur? =Convertisseur3, Sourcel.l=Sourcel.2,
Protection 1.1= Protection 1.2, Convertisseur 1.1 =Convertisseur 1.2, HVDC bus3= HVDC bus4.
Bien entendu, il est fondamental que le chemin 1.1 soit électriquement indépendant du chemin 1.2 et que la panne du point commun de la source commune ne se propage pas pour conduire à faire perdre à la fois HVDC busl et HVDC bus4. Pour ce faire, il faut donc que : Source 1 # [HVDC busl ou HVDC bus4].
Comme précédemment, l'intérêt d'ajouter une protection électrique de bus entre les bus HVDC1 et HVDC4 reste le même que pour les architectures précédentes. Le contacteur croisé peut servir de redondance aux HVDC bus2 et au HVDC bus3 pour permettre de connecter le HVDC busl au HVDC bus4.
L'architecture illustrée sur la figure 5, représente un réseau annulaire à trois sources distinctes. Dans une telle architecture à réseau annulaire, les charges (les moteurs électriques actionnant les hélices) ne sont pas directement connectées aux bus HVDC mais au travers des modules dits de Reconfiguration disposés à l'intersection de deux bus HVDC adjacents de l'anneau et constitués de deux protections électriques de bus. Chacune de ces deux protections électriques de bus consiste en l'assemblage en série de deux types de protection électrique élémentaire (Protection_a et Protection_b d'une part et Protection_c et Protection_d d'autre part) par nature dissimilaire : une pilotée, comme un contacteur, et l'autre non pilotée, comme un disjoncteur. Ces protections électriques de bus ne sont pas nécessairement toutes identiques comme illustrées et la dissimilarité des modules telle qu'illustrée pourrait être organisée différemment.
Sur un tel réseau annulaire à trois sources, il y a trois points de connexion des charges (au niveau du point de jonction entre les deux protections électriques de bus) alors que sur un réseau annulaire à quatre sources comme illustré à la figure 6, il y a quatre points de connexion des sources.
Alors que dans toutes les configurations précédentes, il y avait plusieurs réseaux électriques (2, 3, 4, ...) qui étaient des bus HVDC électriquement indépendants, le réseau annulaire est l'exemple d'une implémentation dans laquelle toutes les sources et les charges sont connectées au même réseau. Un tel réseau est organiquement comme une toile d'araignée qui offre des avantages importants pour la tolérance aux pannes des différents acteurs du réseau.
Pour respecter le principe d'indépendance qui guide l'invention, il convient que le comportement dysfonctionnel d'un objet du réseau, source, convertisseur, bus, ou charge, ne compromette pas le fonctionnement des autres objets, quel que soit les cas de panne, c'est-à-dire que ces objets soient autonomes d'un point de vue de leur fonctionnement. En d'autres termes, au moins deux familles de chemins d'alimentation doivent être indépendants (défaillances systématiques comprises), c'est-à-dire qu'il doit toujours y avoir aux moins deux familles de sources, de convertisseurs, de bus, et de charges qui doivent être indépendants.
Comme on souhaite deux groupes de propulseurs indépendants (Groupel # Groupe2), cela implique qu'il y ait au moins un réseau indépendant d'un autre, soit HVDC bus_i # HVDC bus_autres. Ainsi, s'il devait y avoir un besoin d'une indépendance d'ordre 3 sur une architecture (Groupel#Groupe2#Groupe3), il faudrait qu'il y ait au moins deux chemins distincts dissimilaires partiellement ou totalement entre eux et avec les autres, HVDC bus_i # HVDC bus_j # HVDC bus_autres. De même, s'il y avait un besoin d'indépendance d'ordre n, il faudrait qu'il y ait au moins n-1 chemins dissimilaires partiellement ou totalement entre eux et avec les derniers.
Dans notre configuration de réseau annulaire à trois bus, avec un besoin d'indépendance d'ordre 2 (Groupel#Groupe2), il convient donc d'avoir au moins un bus dissimilaire partiellement ou totalement des deux autres, tandis que sur une architecture à quatre bus, il convient d'avoir au moins un bus dissimilaire partiellement ou totalement des trois autres. Comme dans les architectures précédentes, il y a plusieurs façons de répartir la dissimilarité. Notamment, quand il y a un nombre pair de bus, comme illustré en figure 6, l'équipartition de la dissimilarité est une solution qui d'un point de vue industriel offre des avantages en termes de volume de production, de stocks, retour d'expérience, etc....
On notera cependant que, comme pour tous les exemples d'architectures de propulsion présentées dans cette invention, il peut se justifier d'autres choix de répartition en fonction par exemple : de la fiabilité des solutions technologiques diversifiées, de l'aéronef et de sa capacité à installer des cheminements qui ne corrompent pas l'indépendance attendue par des causes communes de défaillance dues aux zones de l'aéronef traversées par les cheminements, ou encore d'autres menaces comme par exemple des débris à haute énergie.
Quelques exemples de dissimilarités sont maintenant décrits pour les générateurs, convertisseurs, moteurs et protections électriques. Ces exemples ne sont qu'une illustration et ne sont pas limitatifs de l'invention.
Pour un système propulsif de génération d'énergie, on peut mettre en parallèle au moins deux générateurs de tension différents : un générateur génère de l'électricité grâce à une machine tournante et l'autre générateur génère de l'électricité de manière électrochimique. Pour les convertisseurs présents dans le système propulsif, la dissimilarité peut être matérielle ou logicielle. On peut, par exemple, avoir un convertisseur dont l'architecture de contrôle est numérique tandis qu'un autre convertisseur a une architecture de contrôle analogique. Cela permet, notamment, de réduire sa vulnérabilité face aux attaques de cybersécurité (introduction possible sur le réseau numérique, mais pas sur le réseau analogique), et aux impacts de foudre (la foudre peut faire dysfonctionner le réseau numérique qui est plus sensible, et donc on pourra maintenir la fonction de conversion grâce au réseau de contrôle analogique).
Concernant les moteurs présents dans le système propulsif, on peut utiliser des topologies différentes de moteurs. Par exemple, un moteur peut être une machine synchrone à aimants permanents et un autre une machine asynchrone. Cela permet notamment de limiter les problématiques liées à la nature des matériaux utilisés pour les aimants.
Enfin, pour les systèmes de protection, ils peuvent être commandables à distance ou alors se déclencher de manière autonome. On peut encore utiliser des protections de type électromécanique (disjoncteur, fusible ou pyrofusible) ou de type électronique (contrôleur de puissance à semi-conducteurs « SSPC »).

Claims

Revendications
[Revendication 1] Architecture de propulsion électrique ou hybride d'aéronef comportant au moins deux chaînes propulsives, chaque chaîne propulsive comportant au moins un moteur électrique (Moteurl, Moteur2) alimenté depuis au moins deux sources d'énergie (Sourcel, Source2, Source3, Source4) de l'architecture de propulsion au travers de au moins deux chemins d'alimentation en énergie, chaque chemin d'alimentation en énergie comportant au moins un convertisseur d'énergie (Convertisseurl, Convertisseur2) et une protection électrique (Protection 1, Protection2) délivrant une tension continue pour un bus HVDC (HVDC busl, HVDC bus2, HVDC bus3, HVDC bus4), chaque bus HVDC distribuant cette tension continue à au moins un moteur électrique (Moteurl, Moteur2) au travers d'au moins un desdits convertisseurs d'énergie et une desdites protections électriques, l'architecture de propulsion étant caractérisée en ce que la source d'énergie (Sourcel), le convertisseur d'énergie (Convertisseurl), la protection électrique (Protection 1) et le bus HVDC (HVDC busl) d'un chemin d'alimentation en énergie sont chacun dissimilaires respectivement de la source d'énergie (Source4), du convertisseur d'énergie (Convertisseur4), du protection électrique (Protection4) et du bus HVDC (HVDC bus4) de au moins un autre chemin d'alimentation en énergie.
[Revendication 2] Architecture selon la revendication 1, dans laquelle les moteurs électriques (Moteurl, Moteur2) des au moins deux chaînes propulsives sont dissimilaires.
[Revendication 3] Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comportant en outre une protection électrique de bus (Protections - Protections) montée entre deux bus HVDC dissimilaires.
[Revendication 4] Architecture selon la revendication 3, dans laquelle la protection électrique de bus comprend un assemblage en série d'une protection électrique élémentaire pilotée, comprenant de préférence un contacteur, et d'une protection électrique élémentaire non pilotée, comprenant de préférence un disjoncteur.
[Revendication 5] Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, l'architecture étant configurée pour être appliquée à un réseau de distribution d'énergie annulaire à trois bus HVDC, dans laquelle au moins un bus HVDC (HVDC bus3) est dissimilaire partiellement ou totalement des deux autres (HVDC busl - HVDC bus2).
[Revendication 6] Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, l'architecture étant configurée pour être appliquée à un réseau de distribution d'énergie annulaire à quatre bus HVDC, dans laquelle au moins un bus HVDC (HVDC bus3 - HVDC bus4) est dissimilaire partiellement ou totalement des trois autres (HVDC busl - HVDC bus2).
[Revendication 7] Architecture selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans laquelle deux bus HVDC adjacents du réseau de distribution d'énergie sont reliés entre eux par un assemblage en série de deux protections électriques de bus (a, b ; c, d).
[Revendication 8] Architecture selon la revendication 7, dans laquelle chacune desdites deux protections électriques de bus (a, b ; c, d) comprend deux protections électriques élémentaires dissimilaires, de préférence une protection électrique élémentaire pilotée et une protection électrique élémentaire non pilotée.
[Revendication 9] Aéronef électrique ou hybride comportant une architecture de propulsion électrique ou hybride selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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