EP4673370A1 - Procédé de compensation de puissance électrique d'une turbomachine hybridée - Google Patents

Procédé de compensation de puissance électrique d'une turbomachine hybridée

Info

Publication number
EP4673370A1
EP4673370A1 EP24709816.3A EP24709816A EP4673370A1 EP 4673370 A1 EP4673370 A1 EP 4673370A1 EP 24709816 A EP24709816 A EP 24709816A EP 4673370 A1 EP4673370 A1 EP 4673370A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical
pressure
compensation
power
low
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP24709816.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rudy Charles André AULNETTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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 Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP4673370A1 publication Critical patent/EP4673370A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B64D27/33—Hybrid electric aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B64D27/35—Arrangements for on-board electric energy production, distribution, recovery or storage
    • B64D27/357—Arrangements for on-board electric energy production, distribution, recovery or storage using batteries

Definitions

  • TITLE Method for compensating the electrical power of a hybrid turbomachine
  • the invention belongs to the field of turbomachines for aeronautics, and in particular to the field of hybridized turbomachines.
  • the invention relates to a method for compensating the electrical power of a hybridized turbomachine.
  • the invention also relates to a hybridized turbomachine implementing such a method for compensating electrical power.
  • the invention further relates to an aircraft implementing the method according to the invention.
  • a hybridized twin-spool/twin-flow turbomachine known to those skilled in the art comprises a high-pressure spool and a low-pressure spool, such that the air flowing through the high-pressure spool forms a first flow and the air flowing through the low-pressure spool forms a second flow.
  • the high-pressure body comprises a high-pressure compressor and a combustion chamber.
  • the combustion chamber allows air and fuel to be mixed. Following combustion of the air, the gases are expanded in a high-pressure turbine.
  • the hybridization of such a double-body/double-flow turbomachine is achieved by connecting an electric machine to the high-pressure shaft, hereinafter called the machine high-pressure electric, and a low-pressure shaft electric machine, subsequently called a low-pressure electric machine.
  • the high-pressure electric machine and the low-pressure electric machine are not connected to each other and several modes of use are possible.
  • the high-pressure electric machine respectively the low-pressure electric machine, can operate as a motor, by converting electrical energy into mechanical energy, or as a generator, by converting mechanical energy into electrical energy.
  • An electric machine working as a motor will inject power onto one of the shafts of the turbomachine.
  • An electric machine working as a generator will draw power from one of the shafts of the turbomachine, for example by applying a resistive torque to one of the motor shafts.
  • the electrical system of an aircraft requires electrical power to power systems external to the turbomachine, such as the aircraft's electrical systems, the deicing system and/or the avionics.
  • Such electrical power requirements are also called “external requirements" and result, from the engine's point of view, in a power draw from the turbomachine's shafts.
  • the high-pressure compressor is sized to exactly what is needed. At certain points, it will be limited by the fuel flow and the electric machine assists the engine to obtain the nominal acceleration, without putting more fuel than the imposed limits, to protect the machine from a thermodynamic and aerodynamic point of view.
  • the torque requirement when moving into transient mode, such as acceleration or deceleration, the torque requirement includes
  • the invention offers a solution to at least some of the problems mentioned above thanks to a method of compensating a hybridized turbomachine allowing dynamic compensation of external needs for injection and/or extraction of electrical power, in particular during a transient engine regime, namely acceleration or deceleration.
  • a first aspect of the invention relates to a method for dynamically compensating the electrical power of a hybridized turbomachine, in particular a dual-spool/dual-flow hybridized turbomachine, the turbomachine comprising an electrical network of a propulsion unit connected to an external electrical network. More specifically, the compensation method comprises at least: - an external electrical power determination step, during which an electrical power required by the external electrical network is determined;
  • step - a step of calculating the propulsive electric power, during which, during a transient engine regime, additional power to be supplied or dissipated by the electrical network of the propulsion unit is calculated in order to ensure the operation of the engine during the transient regime;
  • a step of calculating the compensation electrical power during which, in particular in real time, a compensation electrical power necessary to provide the electrical power required by the external electrical network during the transient regime is calculated, in particular, from the electrical power required by the external electrical network and the electrical power to be provided by the electrical network of the propulsion unit in order to ensure the operation of the engine during the transient,
  • a power sampling or injection step during which the compensation electrical power is sampled or injected by an electrical compensation device, so as to provide the electrical power required by the external electrical network during the transient regime.
  • turbomachine propulsion unit means a set of devices providing the thrust of the engine.
  • the term “electrical system of the propulsion unit” means a set of electrical machines connected to the propulsion unit.
  • the electrical system of the propulsion unit comprises at least one electrical compensation member.
  • the electrical system of the propulsion unit comprises a low-pressure electrical machine and a high-pressure electrical machine.
  • the term "external electrical system” means an electrical network of the aircraft responsible for the sampling or injection of electrical power.
  • the external electrical network may also be called an interface electrical network.
  • the term “compensating electrical component” means an electrical system capable of injecting or drawing electrical power to compensate for external needs during a transient regime.
  • the electrical component may be an electrical machine included in the electrical network of the propulsion unit.
  • the electrical component may be a battery, an auxiliary power unit or a power dissipation element included in the external electrical network.
  • the term “external electrical power extraction requirements” or “external electrical power injection requirements” means the electrical requirements of the external electrical network to which the hybridized turbomachine is connected.
  • the external electrical network is, for example, the aircraft electrical network and the external electrical requirements are the electrical requirements of the aircraft electrical systems, such as the de-icing system, avionics or other electrical devices present in the aircraft.
  • the compensation method according to the invention makes it possible to compensate in real time for the additional electrical power required during acceleration or deceleration of the engine speed.
  • the compensation method according to the invention therefore makes it possible not to deviate from external electrical power requirements during all phases of the flight, including transient conditions.
  • the compensation method according to one aspect of the invention may have one or more complementary characteristics among the following, considered individually or according to all technically possible combinations:
  • the electrical network of the propulsion unit comprises o a low-pressure electrical machine, connected to the low-pressure shaft of the hybrid turbomachine and/or o a high-pressure electrical machine, connected to the high-pressure shaft of the hybrid turbomachine - the step of determining the electrical power required by the external electrical network comprises a determination of the distribution of the electrical power required by the external electrical network among the low-pressure electrical machine and/or the high-pressure electrical machine;
  • the electrical compensation device used during the power sampling or injection step comprises at least one element chosen from an assembly comprising: o a low-pressure electrical machine, o a high-pressure electrical machine, o a battery, o an auxiliary power unit and/or o an electrical power dissipation element;
  • the step of calculating the compensation electrical power is carried out using a control loop having as input at least one variable chosen from a set comprising: o a low-pressure electric machine/external requirements pair, o a high-pressure electric machine/external requirements pair, o a low-pressure electric machine/transient regime requirements pair, o a high-pressure electric machine/transient regime requirements pair, o a high-pressure turbine regime, o a low-pressure turbine regime, and/or o a fan regime,
  • control loop provides, at the output, at least o a torque command to be applied to the low-pressure electric machine and/or o a torque command to be applied to the high-pressure electric machine.
  • the method further comprises a power conversion step, during which a conversion of the compensation power into compensation electric torque is carried out, the step of drawing off or injecting compensation electrical power comprises an application of the compensation electrical torque by the low-pressure electrical machine and/or by the high-pressure electrical machine; the compensation electrical torque is applied by the low-pressure electrical machine and calculated according to the following formula: where NH is the high-pressure turbine regime,
  • Transient TRQHP is the electrical torque applied by the high-pressure electric machine during the engine transient
  • NFan is the fan speed of the hybrid turbomachine
  • the compensation electrical power is provided by the low-pressure electrical machine and by an additional compensation electrical component;
  • a second aspect of the invention relates to a hybridized turbomachine, in particular a hybridized twin-spool/twin-flow turbomachine, comprising the following elements: a propulsion unit comprising o a fan, o a low-pressure shaft, o a high-pressure compressor, o a combustion chamber, o a high-pressure shaft, o a high-pressure turbine and o a low-pressure turbine; an electrical network of the propulsion unit comprising o a low-pressure electrical machine, connected to the low-pressure shaft and o a high-pressure electrical machine, connected to the high-pressure shaft, the electrical system of the propulsion unit being connected to an external electrical network; an electrical compensation member and calculation means configured for implementing the compensation method according to the first aspect of the invention.
  • the hybridized turbomachine in particular the dual-body/dual-flow hybridized turbomachine, according to one aspect of the invention may have one or more complementary characteristics among the following, considered individually or according to all technically possible combinations:
  • the turbomachine according to the invention comprises an additional electrical compensation member
  • the electrical compensation member and the additional electrical compensation member are chosen from an assembly comprising: o a low-pressure electrical machine, o a high-pressure electrical machine, o a battery, o an auxiliary power unit and/or o an electrical power dissipation element.
  • a third aspect of the invention relates to an aircraft comprising
  • Figure 1 is a schematic representation of a compensation method according to the invention.
  • Figure 2 illustrates a schematic representation of an arrangement of an electrical network of a propulsion unit and an external electrical network
  • FIG. 4 illustrates an example of a hybridized transient maneuver
  • Figure 5 illustrates an example of a hybridized transient mode maneuver in the absence of compensation according to the invention
  • FIG. 6 illustrates an example of hybridized transient mode maneuver with dynamic compensation according to the invention.
  • Figure 7 shows a schematic representation of a hybridized turbomachine according to the invention.
  • Figure 1 schematically illustrates an embodiment of the compensation method 100 according to the invention.
  • the compensation method 100 comprises a step of determining external electrical power 101, during which an electrical power required by an external electrical network is determined.
  • the determination step 101 makes it possible to determine the electrical power required by the external electrical network.
  • the external electrical power represents the external needs to be ensured during operation of the turbomachine, including during transient engine conditions.
  • an electrical network of a propulsion unit comprises a low-pressure electrical machine connected to the low-pressure shaft of the hybridized turbomachine and a high-pressure electrical machine connected to the high-pressure shaft of the hybridized turbomachine.
  • the step of determining the external electrical power 101 required by the external electrical network further comprises a determination of a distribution of the electrical power required by the external electrical network between the low-pressure electrical machine and/or the high-pressure electrical machine.
  • the compensation method 100 further comprises a step of calculating propulsive electric power 102, during which an electric power to be supplied by the electrical network of the propulsion unit is determined in order to ensure operation of the engine during a transient engine regime.
  • the step of calculating propulsive electric power 102 is carried out during a transient regime engine, so as to determine additional power to be provided or dissipated during the engine transient.
  • the engine transient may include, for example, an acceleration or deceleration of the engine speed.
  • the compensation method 100 further comprises a step of calculating compensation electrical power 103, during which, in particular in real time, a compensation electrical power necessary to provide the electrical power required by the external electrical network during the transient engine regime is calculated.
  • the calculation of the compensation electrical power is carried out from the electrical power required by the external electrical network and the electrical power to be supplied by the electrical network of the propulsion unit in order to ensure the operation of the engine during the transient engine regime.
  • the compensation electrical power is sized to balance the transient engine requirements so as not to deviate from the external requirements.
  • the compensation method 100 further comprises a power sampling or injection step 104, during which the compensation electrical power is then sampled or injected, so as to provide the electrical power required by the external electrical network during the transient engine regime.
  • the compensation electrical power is, for example, provided and/or stored by an electrical compensation member.
  • the compensation electrical power can be taken from or injected into the propulsion unit depending on the type of transient engine regime achieved.
  • the compensation method 100 further comprises a power conversion step 104a, during which a conversion of the compensation power into compensation electrical torque is performed.
  • the power draw or injection step 104 comprises an application of the compensation electrical torque by a low-pressure electrical machine and/or by a high-pressure electrical machine of the hybridized turbomachine, in particular the turbomachine hybridized double body/double flux.
  • the torque applied is a resistive torque.
  • the electrical compensation member used during the power sampling or injection step 104 comprises at least one element chosen from an assembly comprising a low-pressure electrical machine, a high-pressure electrical machine, a battery, an auxiliary power unit and/or an electrical power dissipation element.
  • the electrical compensation organ can therefore be included in the electrical network of the propulsion unit or in the external electrical network.
  • the compensation method 100 therefore makes it possible to dynamically compensate the engine electrical power requirements during a transient regime, so as to ensure the external electrical requirements, for example the electrical requirements of the aircraft.
  • the compensation method 100 makes it possible to regulate the regimes using a hybridized control of fuel flow and electric torque in a closed loop, so as to ensure the acceleration and deceleration performances of the turbomachine with constrained operability limits.
  • Figure 2 illustrates a schematic representation of an arrangement of the electrical network of the propulsion unit and of the external electrical network.
  • Figure 2 shows how the compensation method 100 according to the invention makes it possible to have the electrical power supplied by the electrical network of the propulsion unit always equal to the electrical power requested by the external electrical network or interface network.
  • the electrical network of the propulsion unit comprises a low-pressure electrical machine MEL BP and a high-pressure electrical machine MEL HP.
  • the electrical power supplied by the propulsion unit is the sum of the electrical powers supplied by the low-pressure electrical machine MEL BP and the high-pressure electrical machine MEL HP.
  • the electrical power required by the external electrical network is the product of the aircraft requirements, which may vary over time, and the architecture of an interface electrical network.
  • the interface electrical network therefore draws energy from the propulsion unit to satisfy an electrical load of the aircraft, i.e. the electrical power required by the external electrical network.
  • the interface electrical network interface may also include an electrical power dissipation element to eliminate excess electrical power if Pmotor > Pdemanded.
  • the external electrical network may comprise electrical storage elements that store electrical power, such as a battery or an auxiliary power unit.
  • electrical storage elements act as electrical compensation members and can store the surplus electrical power produced by the propulsion unit, for example during a transient engine speed in the deceleration phase.
  • Figure 3 schematically illustrates an example of dynamic compensation of electrical power according to the invention with transfer of power from the high-pressure body to the low-pressure body of a hybridized double-body/double-flow turbomachine.
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of the step of calculating the compensation electrical power 103.
  • the step of calculating the compensation electrical power 103 is carried out using a regulation loop 300 having,
  • the power sampling or injection step 104 allows dynamic compensation of the aircraft's external needs by transferring electrical power from the high-pressure body to the low-pressure body.
  • control loop 300 provides:
  • the compensation electric torque calculated during the power conversion step 104a of the compensation method 100 according to the invention is applied by the low-pressure electric machine and calculated according to the following formula: where NH is the high-pressure turbine speed,
  • Transient TRQHP is the electrical torque applied by the high-pressure electric machine during the engine transient regime
  • NFan is the fan speed of the hybrid turbomachine.
  • Compensation can be carried out up to the sizing and protection limits of the electric machine and the turbomachine. Beyond this, compensation can no longer be carried out because the total power on the low-pressure body will be at the electric machine or turbomachine protection limit. It will then be necessary:
  • a third party organ such as a battery or an auxiliary power organ.
  • the solution provides a general principle to enable the extraction of information from the power reduced by the regulation on a hybridized transient regime. It can therefore be reused for compensation using any other organ which would enable such power to be compensated.
  • Another embodiment is to rely on an external organ to provide part of the compensation, whether in supply or dissipation, of the power difference during transient conditions.
  • An advantage of this embodiment is that it overcomes the limitations of the turbomachine. However, it may require integrating an additional component into the architecture of the electrical network of the propulsion unit.
  • the additional organ must allow: - the supply of deficit power, for example with a charged battery or an auxiliary power unit;
  • the quantities TRQ BPn , nx and TRQ BP . can be chosen to include different protections. For example, they can take into account the minimum and maximum torques achievable by the electric machine at a given speed, the minimum and maximum torques authorized to limit the impact on the thrust...
  • the compensation electrical power is provided by the low-pressure electrical machine MEL BP and by an additional compensation electrical member.
  • the electrical power supplied by the additional electrical component is calculated according to the following formula:
  • Figure 4 illustrates an example of a hybridized transient operation.
  • Figure 4 shows the variation over time of the control parameters of a hybridized turbomachine.
  • Figure 4 shows more particularly inserts 400 highlighting the transient engine regimes during which a regime of the high-pressure body 401 varies to carry out accelerations or decelerations.
  • Figure 5 illustrates an example of a hybridized transient mode maneuver in the absence of compensation according to the invention.
  • Figure 5 shows more particularly inserts 500 highlighting the transient engine regimes.
  • the inserts 500 highlight the transient engine speeds.
  • Figure 5 shows that in correspondence with a transient engine regime, the total power 502 supplied by the high-pressure electric machine MEL HP and the low-pressure electric machine MEL BP deviates from the electrical power requirement 501.
  • the total power 502 supplied or consumed by the high-pressure electric machine MEL HP and the low-pressure electric machine MEL BP does not match the electrical power requirement 501 to be supplied to the aircraft outside of stabilized regimes, due to the sampling energy required for the operability needs of the high-pressure compressor of the turbomachine.
  • Figure 6 illustrates an example of hybridized transient mode maneuver with compensation according to the invention.
  • Figure 6 shows more particularly inserts 600 highlighting the transient engine regimes.
  • FIG. 7 illustrates a schematic representation of a hybrid turbomachine 700, of the dual-body/dual-flow type according to the example presented, implementing the compensation method 100 according to the invention.
  • the hybrid turbomachine 700 comprises a propulsion assembly comprising a fan 701, a low-pressure shaft, a high-pressure compressor 703, a combustion chamber 704, a high-pressure shaft, a high-pressure turbine 705 and a low-pressure turbine 706.
  • the hybridized turbomachine 700 further comprises an electrical network of the propulsion assembly comprising a low-pressure electrical machine 707 connected to the low-pressure shaft and a high-pressure electrical machine 708, connected to the high-pressure shaft.
  • the electrical network of the propulsion unit is connected to an external electrical network.
  • the hybridized turbomachine 700 may comprise a reducer 702, in particular arranged between the fan 701 and the high-pressure compressor 703.
  • the hybridized turbomachine 700 comprises an electrical compensation member and calculation means configured for the implementation of the compensation method 100 according to the invention.
  • the hybridized turbomachine 700 according to the invention can, thanks to the implementation of the compensation method 100 according to the invention, dynamically compensate the external electrical needs, ensuring the electrical power necessary for the external electrical network even during transient engine speeds.
  • the hybridized turbomachine 700 according to the invention comprises an additional electrical compensation member.
  • the hybridized turbomachine 700 according to the electrical compensation member and the additional electrical compensation member are chosen from an assembly comprising a low-pressure electrical machine, a high-pressure electrical machine, a battery, an auxiliary power unit and/or an electrical power dissipation element.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Procédé de compensation (100) de puissance électrique d'une turbomachine hybridée comprenant un réseau électrique d'un ensemble propulsif connecté à un réseau électrique extérieur, comprenant : o une étape de détermination de puissance électrique extérieure (101); o une étape de calcul de la puissance électrique propulsive (102), au cours de laquelle, une puissance supplémentaire à fournir ou à dissiper par le réseau électrique de l'ensemble propulsif est calculée; o une étape de calcul de puissance électrique de compensation (103), au cours de laquelle, une puissance électrique de compensation nécessaire à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur pendant le régime transitoire est calculée, et o une étape de prélèvement ou d'injection de puissance (104), au cours de laquelle la puissance électrique de compensation est prélevée ou injectée par un organe électrique de compensation, de sorte à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur.

Description

DESCRIPTION
TITRE: Procédé de compensation de puissance électrique d’une turbomachine hybridée
DOMAINE DE L’INVENTION
[001] L’invention appartient au domaine des turbomachines pour l’aéronautique, et en particulier au domaine des turbomachines hybridées. L’invention porte sur un procédé de compensation de puissance électrique d’une turbomachine hybridée. L’invention est également relative à une turbomachine hybridée mettant en œuvre un tel procédé de compensation de puissance électrique. Enfin l’invention concerne en outre un aéronef mettant en œuvre le procédé selon l’invention.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[002] L’hybridation des turbomachines répond aujourd’hui à des besoins divers, tels que la limitation de la température des gaz d’échappement, la répartition des prélèvements de puissance entre les différents corps de la turbomachine, l’ajustement de la ligne de fonctionnement du moteur pendant un régime transitoire moteur ou encore l’optimisation de stabilité.
[003] Une turbomachine hybridée double corps/double flux connue de l’homme du métier comprend un corps haute-pression et un corps basse-pression, de sorte que l’air s’écoulant à travers le corps haute-pression forme un premier flux et l’air s’écoulant à travers le corps basse-pression forme un second flux.
[004] Le corps haute-pression comprend un compresseur haute-pression et une chambre de combustion. La chambre de combustion permet de mélanger l’air et le carburant. Suite à la combustion de l’air, les gaz sont détendues dans une turbine haute-pression.
[005] La détente des gaz se poursuit dans un corps basse-pression comprenant une turbine basse-pression et entraînant une soufflante, placée à l’avant de la turbomachine, et permettant d’obtenir la poussée nécessaire.
[006] L’hybridation d’une telle turbomachine double corps/double flux est réalisée en reliant une machine électrique à l’arbre haute-pression , appelée par la suite machine électrique haute-pression, et une machine électrique à l’arbre basse-pression, appelée par la suite machine électrique basse-pression.
[007] La machine électrique haute-pression et la machine électrique basse-pression ne sont pas reliées entre elles et plusieurs modes d’utilisation sont possibles. La machine électrique haute-pression, respectivement la machine électrique basse- pression, peut fonctionner en tant que moteur, en convertissant de l’énergie électrique en énergie mécanique, ou en tant que générateur, en convertissant de l’énergie mécanique en énergie électrique.
[008] Une machine électrique travaillant en tant que moteur injectera de la puissance sur un des arbres de la turbomachine. Une machine électrique travaillant en tant que générateur prélèvera de la puissance sur un des arbres de la turbomachine, par exemple grâce à l’application d’un couple résistif à un des arbres moteur.
[009] Le système électrique d’un avion requiert de la puissance électrique pour alimenter des systèmes extérieurs à la turbomachine, tels que les systèmes électriques de l’avion, le système de dégivrage et/ou l’avionique. De tels besoins en puissance électrique sont également appelés « besoins extérieurs » et se traduisent, du point de vue du moteur, par un prélèvement de puissance sur les arbres de la turbomachine.
[0010] La gestion de tels prélèvements de puissance électrique est bien connue en régime moteur stabilisé, à savoir quand les besoins de puissance moteur, également appelés « besoins moteur », sont constants dans le temps et seulement les variations des besoins extérieurs sont à compenser.
[0011] Au contraire, lors d’un régime transitoire moteur, tel qu’une accélération ou une décélération, une dynamique plus complexe doit être gérée de façon dynamique.
[0012] La compensation dynamique des besoins extérieurs est particulièrement complexe dans une turbomachine hybridée qui n’est opérable dans certains régimes moteur qu’avec l’assistance électrique.
[0013] En d’autres termes, lors des accélérations, on dimensionne le compresseur haute-pression au juste besoin. Sur certains points, il sera limité par le débit-carburant et la machine électrique vient assister le moteur pour obtenir l’accélération nominale, sans mettre plus de carburant que les limites imposées, pour protéger la machine d'un point de vue thermodynamique et aérodynamique.
[0014] En régime stabilisé, lorsque la turbomachine reçoit une demande de puissance électrique de la part de l’avion, la puissance électrique nécessaire est prélevée, en boucle ouverte, sur le moteur. La régulation stabilisée, réalisée uniquement sur le débit-carburant, va simplement ajuster le régime moteur pour maintenir la poussée demandée.
[0015] Concrètement, lorsqu'on prélève de l'énergie ou qu'on met un couple résistif sur un arbre basse-pression ou un arbre haute-pression, on ralentit le régime moteur et une boucle fermée de maintien de régime compense en augmentant le débit- carburant pour maintenir le régime et la poussée du moteur.
[0016] Sur une turbomachine hybridée, lorsqu’on passe en régime transitoire, de type accélération ou décélération, le besoin de couple comprend
• un besoin extérieur, traduisant la puissance électrique requise par l’avion, et
• un besoin intérieur, traduisant l’assistance électrique requise par le moteur pour effectuer le régime transitoire.
[0017] Dans les turbomachines hybridées connues de l’homme du métier, lors des régimes transitoires moteur, on assure le besoin intérieur du moteur en s’écartant de la puissance électrique constante requise pour les besoins extérieurs de l’avion.
[0018] En d’autres termes, il n’existe pas aujourd’hui une turbomachine hybridée pouvant compenser, en temps réel, la puissance électrique injectée ou prélevée par le moteur en régime transitoire moteur, de type accélération ou décélération.
RESUME DE L’INVENTION
[0019] L’invention offre une solution à au moins une partie des problèmes évoqués précédemment grâce à un procédé de compensation d’une turbomachine hybridée permettant une compensation dynamique des besoins extérieurs d’injection et/ou de prélèvement de puissance électrique, notamment lors d’un régime transitoire moteur, à savoir une accélération ou une décélération.
[0020] A cette fin, un premier aspect de l’invention concerne un procédé de compensation dynamique de puissance électrique d’une turbomachine hybridée, en particulier une turbomachine hybridée double corps/double flux, la turbomachine comprenant un réseau électrique d’un ensemble propulsif connecté à un réseau électrique extérieur. Plus spécifiquement, le procédé de compensation comprend au moins : - une étape de détermination de puissance électrique extérieure, au cours de laquelle une puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur est déterminée ;
- une étape de calcul de la puissance électrique propulsive, au cours de laquelle, lors d’un régime transitoire moteur, une puissance supplémentaire à fournir ou à dissiper par le réseau électrique de l’ensemble propulsif est calculée afin d’assurer le fonctionnement du moteur pendant le régime transitoire ;
- une étape de calcul de puissance électrique de compensation, au cours de laquelle, notamment en temps réel, une puissance électrique de compensation nécessaire à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur pendant le régime transitoire est calculée, en particulier, à partir de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur et de la puissance électrique à fournir par le réseau électrique de l’ensemble propulsif afin d’assurer le fonctionnement du moteur pendant le transitoire,
- une étape de prélèvement ou d’injection de puissance, au cours de laquelle la puissance électrique de compensation est prélevée ou injectée par un organe électrique de compensation, de sorte à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur pendant le régime transitoire.
[0021] On entend par « ensemble propulsif de la turbomachine », un ensemble de dispositifs assurant la poussée du moteur.
[0022] On entend par « système électrique de l’ensemble propulsif », un l’ensemble des machines électriques reliées à l’ensemble propulsif. Le système électrique de l’ensemble propulsif comprend au moins un organe électrique de compensation.
[0023] Par exemple, dans une turbomachine hybridée double corps/double flux, le système électrique de l’ensemble propulsif comprend une machine électrique basse- pression et une machine électrique haute-pression.
[0024] On entend par « système électrique extérieur », un réseau électrique de l’avion responsable des prélèvements ou des injections de puissance électrique. Le réseau électrique extérieur peut être appelé également réseau électrique en interface. [0025] On entend par « organe électrique de compensation », un système électrique pouvant injecter ou prélever de la puissance électrique pour compenser les besoins extérieurs lors d’un régime transitoire. L’organe électrique peut être une machine électrique comprise dans le réseau électrique de l’ensemble propulsif. Alternativement, l’organe électrique peut être une batterie, un groupe auxiliaire de puissance ou un élément de dissipation de puissance compris dans le réseau électrique extérieur.
[0026] On entend par « besoins extérieurs de prélèvement de puissance électrique » ou « besoins extérieurs d’injection de puissance électrique », les besoins électriques du réseau électrique extérieur auquel la turbomachine hybridée est reliée. Le réseau électrique extérieur est, par exemple, le réseau électrique de l’avion et les besoins électriques extérieurs sont les besoins électriques des systèmes électriques de l’avion, tels que le système de dégivrage, l’avionique ou d’autres dispositifs électriques présents dans l’aéronef.
[0027] Grâce au procédé de compensation selon l’invention, il est possible d’assurer une puissance électrique constante sur le réseau électrique extérieur, notamment pendant les régimes transitoires.
[0028] Contrairement aux procédés de contrôle connus de l’homme du métier, le procédé de compensation selon l’invention permet de compenser en temps réel la puissance électrique supplémentaire requise lors d’une accélération ou une décélération du régime moteur.
[0029] Le procédé de compensation selon l’invention permet donc de ne pas s’écarter des besoins extérieurs de puissance électrique pendant toutes les phases du vol, y compris les régimes transitoires.
[0030] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans les paragraphes précédents, le procédé de compensation selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le réseau électrique de l’ensemble propulsif comprend o une machine électrique basse-pression, reliée à l’arbre basse- pression de la turbomachine hybridée et/ou o une machine électrique haute-pression, reliée à l’arbre haute- pression de la turbomachine hybridée - l’étape de détermination de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur comprend une détermination de la répartition de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur parmi la machine électrique basse-pression et/ou la machine électrique haute- pression ;
- l’organe électrique de compensation utilisé lors de l’étape de prélèvement ou dinjection de puissance comprend au moins un élément choisi dans un ensemble comprenant : o une machine électrique basse-pression, o une machine électrique haute-pression , o une batterie, o un groupe auxiliaire de puissance et/ou o un élément de dissipation de puissance électrique ;
- l’étape de calcul de la puissance électrique de compensation est réalisée à l’aide d’une boucle de régulation ayant en entrée au moins une variable choisie dans un ensemble comprenant : o un couple machine électrique basse-pression/besoins extérieurs, o un couple machine électrique haute-pression/besoins extérieurs, o un couple machine électrique basse-pression/besoins régimes transitoires, o un couple machine électrique haute-pression/besoins régimes transitoires, o un régime turbine haute-pression, o un régime turbine basse-pression, et/ou o un régime soufflante,
- la boucle de régulation fournit, en sortie, au moins o une commande de couple à appliquer à la machine électrique basse- pression et/ou o une commande de couple à appliquer à la machine électrique haute- pression.
- le procédé comprend en outre une étape de conversion de puissance, au cours de laquelle une conversion de la puissance de compensation en couple électrique de compensation est réalisée, l’étape de prélèvement ou d’injection de puissance électrique de compensation comprend une application du couple électrique de compensation par la machine électrique basse-pression et/ou par la machine électrique haute-pression ; le couple électrique de compensation est appliqué par la machine électrique basse-pression et calculé selon la formule suivante : où NH est le régime turbine haute-pression ,
TRQHP transitoire est le couple électrique appliqué par la machine électrique haute-pression pendant le transitoire moteur et
NFan est le régime de la soufflante de la turbomachine hybridée ;
- lors de l’étape de prélèvement ou d’injection de puissance, la puissance électrique de compensation est fournie par la machine électrique basse- pression et par un organe électrique de compensation supplémentaire ;
- la puissance électrique fournie par l’organe électrique de compensation supplémentaire est calculée selon la formule suivante :
[0031] Un deuxième aspect de l’invention concerne une turbomachine hybridée, notamment une turbomachine hybridée double corps/double flux, comprenant les éléments suivants : un ensemble propulsif comprenant o une soufflante, o un arbre basse-pression, o un compresseur haute-pression , o une chambre de combustion, o un arbre haute-pression , o une turbine haute-pression et o une turbine basse-pression ; un réseau électrique de l’ensemble propulsif comprenant o une machine électrique basse-pression, reliée à l’arbre basse- pression et o une machine électrique haute-pression, reliée à l’arbre haute- pression , le système électrique de l’ensemble propulsif étant connecté à un réseau électrique extérieur ; un organe électrique de compensation et des moyens de calcul configurés pour la mise en œuvre du procédé de compensation selon le premier aspect de l’invention.
[0032] La turbomachine hybridée, notamment la turbomachine hybridée double corps/double flux, selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la turbomachine selon l’invention comprend un organe électrique de compensation supplémentaire ;
- l’organe électrique de compensation et l’organe électrique de compensation supplémentaire sont choisis dans un ensemble comprenant : o une machine électrique basse-pression, o une machine électrique haute-pression, o une batterie, o un groupe auxiliaire de puissance et/ou o un élément de dissipation de puissance électrique.
[0033] Un troisième aspect de l’invention concerne un aéronef comprenant
- une turbomachine hybridée selon le deuxième aspect de l’invention, et/ou
- un organe électrique de compensation et des moyens de calcul pour la mise en œuvre du procédé de compensation selon le premier aspect de l’invention.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0034] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
[0035] La [figure 1] est une représentation schématique d’un procédé de compensation selon l’invention ;
[0036] La [figure 2] illustre une représentation schématique d’un agencement d’un réseau électrique d’un ensemble propulsif et d’un réseau électrique extérieur ;
[0037] La [figure 3] illustre schématiquement un exemple de compensation dynamique de puissance électrique selon l’invention ;
[0038] La [figure 4] illustre un exemple de manœuvre en régime transitoire hybridé ; [0039] La [figure 5] illustre un exemple de manœuvre en régime transitoire hybridé en absence de compensation selon l’invention ;
[0040] La [figure 6] illustre un exemple de manœuvre en régime transitoire hybridé avec compensation dynamique selon l’invention ; et
[0041] La [figure 7] montre une représentation schématique d’une turbomachine hybridée selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0042] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
[0043] La figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé de compensation 100 selon l’invention.
[0044] Le procédé de compensation 100 comprend une étape de détermination de puissance électrique extérieure 101 , au cours de laquelle une puissance électrique requise par un réseau électrique extérieur est déterminée. L’étape de détermination 101 permet de déterminer la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur. En d’autres termes, la puissance électrique extérieure représente les besoins extérieurs à assurer pendant le fonctionnement de la turbomachine, y compris pendant les régimes transitoires moteur.
[0045] Selon un mode de réalisation du procédé de compensation 100 selon l’invention, un réseau électrique d’un ensemble propulsif comprend une machine électrique basse-pression reliée à l’arbre basse-pression de la turbomachine hybridée et une machine électrique haute-pression reliée à l’arbre haute-pression de la turbomachine hybridée.
[0046] L’étape de détermination de la puissance électrique extérieure 101 requise par le réseau électrique extérieur comprend en outre une détermination d’une répartition de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur entre la machine électrique basse-pression et/ou la machine électrique haute-pression.
[0047] Le procédé de compensation 100 comprend en outre une étape de calcul de puissance électrique propulsive 102, au cours de laquelle une puissance électrique à fournir par le réseau électrique de l’ensemble propulsif est déterminée afin d’assurer un fonctionnement du moteur pendant un régime transitoire moteur. L’étape de calcul de puissance électrique propulsive 102 est réalisée lors d’un régime transitoire moteur, de sorte à déterminer une puissance supplémentaire à fournir ou à dissiper pendant le régime transitoire moteur. Le régime transitoire moteur peut comprendre, par exemple, une accélération ou une décélération du régime moteur.
[0048] Le procédé de compensation 100 comprend en outre une étape de calcul de puissance électrique de compensation 103, au cours de laquelle, notamment en temps réel, une puissance électrique de compensation nécessaire à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur pendant le régime transitoire moteur est calculée.
[0049] Le calcul de la puissance électrique de compensation est réalisé à partir de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur et de la puissance électrique à fournir par le réseau électrique de l’ensemble propulsif afin d’assurer le fonctionnement du moteur pendant le régime transitoire moteur. En d’autres termes, la puissance électrique de compensation est dimensionnée pour équilibrer les besoins transitoires moteur de sorte à ne pas s’écarter des besoins extérieurs.
[0050] Le procédé de compensation 100 comprend en outre une étape de prélèvement ou d’injection de puissance 104, au cours de laquelle la puissance électrique de compensation est ensuite prélevée ou injectée, de sorte à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur pendant le régime transitoire moteur. La puissance électrique de compensation est, par exemple, fournie et/ou emmagasinée par un organe électrique de compensation.
[0051] La puissance électrique de compensation peut être prélevée ou injectée sur l’ensemble propulsif suivant le type de régime transitoire moteur réalisé.
[0052] Par exemple, lors d’une accélération moteur, la puissance électrique supplémentaire requise par l’ensemble propulsif doit être compensée par un prélèvement de puissance réalisé par l’organe électrique de compensation. Alternativement, lors d’une décélération moteur, la puissance électrique en excès doit être emmagasinée par l’organe électrique de compensation, afin de ne pas être rejetée vers le réseau électrique extérieur. Selon un mode de réalisation, le procédé de compensation 100 comprend en outre une étape de conversion de puissance 104a, au cours de laquelle une conversion de la puissance de compensation en couple électrique de compensation est réalisée. Dans ce cas, l’étape de prélèvement ou d’injection de puissance 104 comprend une application du couple électrique de compensation par une machine électrique basse-pression et/ou par une machine électrique haute-pression de la turbomachine hybridée, en particulier la turbomachine hybridée double corps/double flux. En cas de prélèvement de puissance, le couple appliqué est un couple résistif.
[0053] Selon un mode de réalisation du procédé de compensation 100, l’organe électrique de compensation utilisé lors de l’étape de prélèvement ou d’injection de puissance 104 comprend au moins un élément choisi dans un ensemble comprenant une machine électrique basse-pression, une machine électrique haute-pression , une batterie, un groupe auxiliaire de puissance et/ou un élément de dissipation de puissance électrique.
[0054] L’organe électrique de compensation peut donc être compris dans le réseau électrique de l’ensemble propulsif ou dans le réseau électrique extérieur.
[0055] Le procédé de compensation 100 permet donc de compenser dynamiquement les besoins de puissance électrique moteur lors d’un régime transitoire, de sorte à assurer les besoins électriques extérieur, par exemple les besoins électriques de l’avion. En d’autres termes, le procédé de compensation 100 permet une régulation des régimes à l’aide d’une commande hybridée de débit-carburant et de couple électrique en boucle fermée, de sorte à assurer les performances d’accélération et de décélération de la turbomachine avec des limites d’opérabilité contraintes.
[0056] La figure 2 illustre une représentation schématique d’un agencement du réseau électrique de l’ensemble propulsif et du réseau électrique extérieur. La figure 2 montre comment le procédé de compensation 100 selon l’invention permet d’avoir la puissance électrique fournie par le réseau électrique de l’ensemble propulsif toujours égale à la puissance électrique demandée par le réseau électrique extérieur ou réseau en interface.
[0057] Selon l’exemple de la figure 2, le réseau électrique de l’ensemble propulsif comprend une machine électrique basse-pression MEL BP et une machine électrique haute-pression MEL HP. Dans un tel cas, la puissance électrique fournie par l’ensemble propulsif est la somme des puissances électriques fournies par la machine électrique basse-pression MEL BP et la machine électrique haute-pression MEL HP. La puissance électrique demandée par le réseau électrique extérieur est le produit des besoins avion, pouvant varier dans le temps, et de l’architecture d’un réseau électrique en interface.
[0058] Le réseau électrique en interface prélève donc de l’énergie sur l’ensemble propulsif pour satisfaire une charge électrique de l’avion, c’est-à-dire la puissance électrique demandée par le réseau électrique extérieur. Le réseau électrique en interface peut également comprendre un élément de dissipation de puissance électrique pour éliminer la puissance électrique en excès si Pmoteur > Pdemandée.
[0059] Le réseau électrique extérieur peut comprendre des éléments de stockage électrique qui emmagasinent de la puissance électrique, tels qu’une batterie ou un groupe auxiliaire de puissance. De tels éléments de stockage électrique agissent en tant qu’organes électriques de compensation et peuvent emmagasiner le surplus de puissance électrique produite par l’ensemble propulsif, par exemple lors d’un régime transitoire moteur en phase de décélération.
[0060] La figure 3 illustre schématiquement un exemple de compensation dynamique de puissance électrique selon l’invention avec transfert de puissance du corps haute- pression vers le corps basse-pression d’une turbomachine hybridée double corps/double flux.
[0061] En particulier, la figure 3 illustre un mode réalisation de l’étape de calcul de la puissance électrique de compensation 103. Dans ce cas, l’étape de calcul de la puissance électrique de compensation 103 est réalisée à l’aide d’une boucle de régulation 300 ayant,
- en entrée, au moins une variable choisie dans un ensemble comprenant : o un couple machine électrique haute-pression-besoins extérieurs 301 , notamment en boucle ouverte, o un couple machine électrique basse-pression/besoins extérieurs 302, notamment en boucle ouverte, o un couple machine électrique haute-pression/besoins régimes transitoires moteur 303, notamment en boucle fermée, o un couple machine électrique basse-pression-besoins régimes transitoires moteur 304, notamment en boucle fermée, o un régime turbine haute-pression 305, o un régime turbine basse-pression 306, et/ou o un régime soufflante ;
- en sortie, au moins o une commande de couple à appliquer à la machine électrique haute- pression 307, et/ou o une commande de couple à appliquer à la machine électrique basse- pression 308. [0062] Avantageusement, l’étape de prélèvement ou d’injection de puissance 104 selon le mode de réalisation de la figure 3 permet une compensation dynamique des besoins extérieurs avion en transférant de la puissance électrique du corps haute- pression vers le corps basse-pression.
[0063] A cet effet, selon un exemple de réalisation, la boucle de régulation 300 prévoit :
- d’une part, une sommation du couple machine électrique haute-pression- besoins extérieurs 301 et du couple machine électrique haute-pression-besoins régimes transitoires moteur 303,
- d’autre part, une sommation du couple machine électrique basse-pression- besoins extérieurs 302 et couple machine électrique basse-pression-besoins régimes transitoires moteur 304,
- par ailleurs, un calcul de puissance électrique de compensation à partir du régime turbine haute-pression 305, du régime turbine basse-pression 306 et du couple machine électrique haute-pression-besoins régimes transitoires moteur 303, et,
- une sommation de la puissance électrique de compensation et d’une résultante de la sommation du couple machine électrique haute-pression-besoins extérieurs 301 et du couple machine électrique haute-pression-besoins régimes transitoires moteur 303.
[0064] La sommation du couple machine électrique haute-pression-besoins extérieurs 301 et du couple machine électrique haute-pression-besoins régimes transitoires moteur 303 permet de fournir la commande de couple à appliquer à la machine électrique haute-pression 307.
[0065] La sommation de la puissance électrique de compensation et de la résultante de la sommation du couple machine électrique haute-pression-besoins extérieurs 301 et du couple machine électrique haute-pression-besoins régimes transitoires moteur 303 permet de fournir la commande de couple à appliquer à la machine électrique basse-pression 308, ainsi compensée.
[0066] Selon un mode de réalisation, le couple électrique de compensation calculé lors de l’étape de conversion de puissance 104a du procédé de compensation 100 selon l’invention est appliqué par la machine électrique basse-pression et calculé selon la formule suivante : où NH est le régime de la turbine haute-pression,
TRQHP transitoire est le couple électrique appliqué par la machine électrique haute- pression pendant le régime transitoire moteur et
NFan est le régime de la soufflante de la turbomachine hybridée.
[0067] La mise en place d’une telle compensation dynamique permet alors de répondre aux besoins du compresseur haute-pression en boucle fermée sans dégrader une fourniture de puissance pour les besoins en boucle ouverte, à savoir les besoins de puissance électrique extérieurs au moteur, tels que les besoins de puissance demandée par l’avion, ou prélèvements, sur les régimes transitoires.
[0068] La compensation peut être réalisée jusqu’aux limites de dimensionnement et de protection de la machine électrique et de la turbomachine. Au-delà, la compensation ne pourra plus se faire car la puissance totale sur le corps basse- pression sera en butée de protection machine électrique ou turbomachine. Il sera alors nécessaire :
- soit qu’elle soit acceptable pour le réseau électrique, notamment par une perte d’une partie de la puissance ou dissipation de la puissance excédentaire,
- soit qu’elle soit compensée par un organe tierce, telle qu’une batterie ou un organe auxiliaire de puissance.
[0069] Une telle solution est applicable également dans le cas où l’on souhaitera compenser un dégrèvement de puissance du corps basse-pression à l’aide de la machine électrique haute-pression.
[0070] La solution fournit un principe général pour permettre d’extraire une information de la puissance dégrevée par la régulation sur un régime transitoire hybridé. Elle peut donc être réutilisée pour une compensation à l’aide de n’importe quel autre organe qui permettrait de compenser une telle puissance.
[0071] Un autre mode de réalisation est de s’appuyer sur un organe externe pour assurer une partie de la compensation, que ce soit en fourniture ou en dissipation, de l’écart en puissance durant les régimes transitoires.
[0072] Un avantage de ce mode de réalisation est qu’elle s’affranchit des limitations de la turbomachine. Cependant, elle peut nécessiter d’intégrer un organe supplémentaire à l’architecture du réseau électrique de l’ensemble propulsif.
[0073] L’organe supplémentaire devra permettre : - la fourniture de puissance déficitaire, par exemple avec une batterie chargée ou un organe auxiliaire de puissance ;
- la consommation de puissance excédentaire, par exemple avec une batterie déchargée ou un organe de dissipation en cas de charge complète de la batterie ou d’absence de batterie.
[0074] On formulera alors la compensation de la manière suivante :
NH. TRQHP transitoire
TRQBP compensation NFan
[0075] On obtiendra ensuite le couple saturé à appliquer sur l’arbre basse-pression :
[0076] On notera que les grandeurs TRQBPn,nx et TRQBP . , correspondant respectivement aux couples maximal et minimal de l’arbre basse-pression, peuvent être choisies pour inclure différentes protections. Par exemple, ils peuvent prendre en compte les couples minimal et maximal atteignables par la machine électrique à un régime donné, les couple minimal et maximal autorisés pour limiter l’impact sur la poussée...
[0077] On a ensuite une puissance PA/C demandée par le réseau électrique extérieur définie selon la formule suivante :
[0078] Selon ce mode de réalisation de l’étape de prélèvement ou d’injection de puissance 104 du procédé de compensation 100 selon l’invention, la puissance électrique de compensation est fournie par la machine électrique basse-pression MEL BP et par un organe électrique de compensation supplémentaire.
[0079] Dans ce cas, la puissance électrique fournie par l’organe électrique supplémentaire est calculée selon la formule suivante :
[ L0081] J On notera q iue Poc/r/ yaa Une suppl ,e■mentai■r e est nulle, si le coup 1 le de la machine électriq 1ue basse-pression MEL BP n’est pas saturé, à savoir que
TRQBPmax > TRQBP > TRQBPmin. [0082] La figure 4 illustre un exemple de manœuvre en régime transitoire hybridé. Ainsi, la figure 4 montre la variation dans le temps des paramètres de contrôle d’une turbomachine hybridée.
[0083] la figure 4 montre plus particulièrement des encarts 400 mettant en valeur les régimes transitoires moteur lors desquels un régime du corps haute-pression 401 varie pour effectuer des accélérations ou des décélérations.
[0084] La figure 4 présente plus précisément
- le régime du corps haute-pression 401 ;
- la limite haute de régime du corps haute-pression 402 ;
- la limite basse de régime du corps haute-pression 403 ;
- la commande de couple de la machine électrique haute-pression 404 ;
- le besoin externe en couple prélevé sur le corps haute-pression 405 ; et
- la commande de couple de la machine électrique basse-pression 406 ;
[0085] La figure 5 illustre un exemple de manœuvre en régime transitoire hybridé en absence de compensation selon l’invention.
[0086] La figure 5 montre plus particulièrement des encarts 500 mettant en valeur les régimes transitoires moteur.
[0087] La figure 5 présente plus précisément :
- le besoin de puissance électrique 501 , à fournir à l’avion ;
- la puissance électrique totale 502, fournie par la machine électrique haute- pression MEL HP et la machine électrique basse-pression MEL BP ;
- la puissance fournie par la machine électrique haute-pression 503 ;et
- la puissance fournie par la machine électrique basse-pression 504. pour une turbomachine hybridée sans compensation dynamique de puissance selon l’invention. Les encarts 500 mettent en valeur les régimes transitoires moteur.
[0088] La figure 5 montre qu’en correspondance d’un régime transitoire moteur, la puissance totale 502 fournie par la machine électrique haute-pression MEL HP et la machine électrique basse-pression MEL BP s’écarte du besoin de puissance électrique 501 .
[0089] En d’autres termes, on peut voir que la puissance totale 502 fournie ou consommée par la machine électrique haute-pression MEL HP et la machine électrique basse-pression MEL BP ne colle pas au besoin de puissance électrique 501 à fournir à l’avion en dehors de régimes stabilisés, du fait du prélèvement d’énergie nécessaire aux besoins d’opérabilité du compresseur haute-pression de la turbomachine.
[0090] La compensation nécessaire ne peut pas être calculée par avance par des lois statiques issues de l’opérabilité puisque, par nature, le besoin est traité en boucle fermée. Une adaptation à l’appel de puissance est opérée par rapport à :
- la dynamique du régime transitoire du corps haute-pression et
- une position de la ligne de fonctionnement du moteur régulé par rapport à une butée d’opérabilité.
[0091] Cela montre la nécessité d’un procédé de compensation 100 tel que celui de l’invention pour assurer le besoins électriques extérieurs lors des régimes transitoires moteurs.
[0092] La figure 6 illustre un exemple de manœuvre en régime transitoire hybridé avec compensation selon l’invention.
[0093] La figure 6 montre plus particulièrement des encarts 600 mettant en valeur les régimes transitoires moteur.
[0094] La figure 6 présente plus précisément
- le besoin de puissance électrique 601 , à fournir à l’avion ;
- la puissance totale 602, fournie par la machine électrique haute-pression MEL HP et la machine électrique basse-pression MEL BP ;
- la puissance fournie par la machine électrique haute-pression 603 ; et
- la puissance fournie par la machine électrique basse-pression 604 pour une turbomachine hybridée avec une compensation dynamique de puissance selon l’invention.
[0095] Il est évident qu’en cas de mise en œuvre du procédé de compensation 100 selon l’invention, les courbes de besoin de puissance électrique 601 et de puissance totale 602 sont toujours identiques, ce qui démontre que les besoins extérieurs sont toujours assurés, y compris pendant les régimes transitoires moteur.
[0096] La figure 7 illustre une représentation schématique d’une turbomachine hybridée 700, de type double corps/double flux selon l’exemple présenté, mettant en œuvre le procédé de compensation 100 selon l’invention. La turbomachine hybridée 700 comprend un ensemble propulsif comprenant une soufflante 701 , un arbre basse- pression, un compresseur haute-pression 703, une chambre de combustion 704, un arbre haute-pression, une turbine haute-pression 705 et une turbine basse-pression 706. [0097] La turbomachine hybridée 700 comprend en outre un réseau électrique de l’ensemble propulsif comprenant une machine électrique basse-pression 707 reliée à l’arbre basse-pression et une machine électrique haute-pression 708, reliée à l’arbre haute-pression.
[0098] De plus, le réseau électrique de l’ensemble propulsif est connecté à un réseau électrique extérieur.
[0099] Par ailleurs, la turbomachine hybridée 700 peut comprendre un réducteur 702, en particulier agencé entre la soufflante 701 et le compresseur haute-pression 703.
[00100] La turbomachine hybridée 700 comprend un organe électrique de compensation et des moyens de calcul configurés pour la mise en œuvre du procédé de compensation 100 selon l’invention.
[00101] La turbomachine hybridée 700 selon l’invention peut, grâce à la mise en œuvre du procédé de compensation 100 selon l’invention, compenser dynamiquement les besoins électriques extérieurs, assurant la puissance électrique nécessaire au réseau électrique extérieur même pendant les régimes transitoires moteur.
[00102] Selon un mode de réalisation, la turbomachine hybridée 700 selon l’invention comprend un organe électrique de compensation supplémentaire.
[00103] Selon un autre mode de réalisation, la turbomachine hybridée 700 selon l’organe électrique de compensation et l’organe électrique de compensation supplémentaire sont choisis dans un ensemble comprenant une machine électrique basse-pression, une machine électrique haute-pression, une batterie, un groupe auxiliaire de puissance et/ou un élément de dissipation de puissance électrique.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé de compensation (100) de compensation dynamique de puissance électrique d’une turbomachine hybridée double corps/double flux, la turbomachine comprenant un réseau électrique d’un ensemble propulsif connecté à un réseau électrique extérieur, le réseau électrique de l’ensemble propulsif comprenant :
- une machine électrique basse-pression, reliée à un arbre basse-pression de la turbomachine hybridée, compris dans le corps basse-pression de la turbomachine hybridée et/ou
- une machine électrique haute-pression, reliée à un arbre haute-pression de la turbomachine hybridée, compris dans le corps haute-pression de la turbomachine hybridée, le procédé comprenant au moins :
- une machine électrique haute-pression, reliée à un arbre haute-pression de la turbomachine hybridée, compris dans le corps haute-pression de la turbomachine hybridée,
- une étape de détermination de puissance électrique extérieure (101), au cours de laquelle une puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur est déterminée ;
- une étape de calcul de puissance électrique propulsive (102), au cours de laquelle, lors d’un régime transitoire moteur, une puissance supplémentaire à fournir ou à dissiper par le réseau électrique de l’ensemble propulsif est calculée afin d’assurer le fonctionnement du moteur pendant le régime transitoire ;
- une étape de calcul de puissance électrique de compensation (103), au cours de laquelle, notamment en temps réel, une puissance électrique de compensation nécessaire à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur pendant le régime transitoire est calculée, en particulier, à partir de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur et de la puissance électrique à fournir par le réseau électrique de l’ensemble propulsif afin d’assurer le fonctionnement du moteur pendant le régime transitoire, et
- une étape de prélèvement ou d’injection de puissance (104), au cours de laquelle la puissance électrique de compensation (104) est prélevée ou injectée par un organe électrique de compensation, de sorte à fournir la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur pendant le régime transitoire,
- une étape de conversion de puissance (104a), au cours de laquelle une conversion de la puissance électrique de compensation en couple électrique de compensation est réalisée, le couple électrique de compensation étant appliqué par la machine électrique basse-pression en transférant de la puissance électrique du corps haute-pression vers le corps basse-pression.
[Revendication 2] Procédé de compensation (100) selon la revendication précédentes, caractérisé en ce que l’organe électrique de compensation comprend en outre un élément choisi dans un ensemble comprenant :
- une batterie,
- un groupe auxiliaire de puissance et/ou
- un élément de dissipation de puissance électrique.
[Revendication 3] Procédé de compensation (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de détermination de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur (101 ) comprend une détermination de la répartition de la puissance électrique requise par le réseau électrique extérieur parmi la machine électrique basse-pression et/ou la machine électrique haute-pression.
[Revendication 4] Procédé de compensation (100) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l’étape de calcul de puissance électrique de compensation (103) est réalisée à l’aide d’une boucle de régulation (300) ayant en entrée au moins une variable choisie dans un ensemble comprenant :
- un couple machine électrique haute-pression/besoins extérieurs (301 ),
- un couple machine électrique basse-pression/besoins extérieurs (302),
- un couple machine électrique haute-pression/besoins régimes transitoires moteur (303), - un couple machine électrique basse-pression/besoins régimes transitoires moteur (304),
- un régime turbine haute-pression (305),
- un régime turbine basse-pression (306), et/ou
- un régime soufflante.
[Revendication 5] Procédé de compensation (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la boucle de régulation (300) fournit en sortie au moins,
- une commande de couple à appliquer à la machine électrique haute-pression
(307) et/ou
- une commande de couple à appliquer à la machine électrique basse-pression
(308).
[Revendication 6] Procédé de compensation (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couple électrique de compensation est calculé selon la formule suivante : où :
• NH est le régime de la turbine haute-pression,
• TRQ HP transitoire est le couple électrique appliqué par la machine électrique haute- pression pendant le régime transitoire moteur et
• NFan est le régime de la soufflante de la turbomachine hybridée.
[Revendication 7] Procédé de compensation (100) selon l’une quelconques des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, lors de l’étape de prélèvement ou d’injection de puissance (104), la puissance électrique de compensation est fournie par la machine électrique basse-pression et par un organe électrique de compensation supplémentaire.
[Revendication 8] Procédé de compensation (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la puissance électrique fournie par l’organe électrique supplémentaire est calculée selon la formule suivante :
[Revendication 9] Turbomachine hybridée (700), en particulier turbomachine hybridée double corps/double flux (700), comprenant :
- un ensemble propulsif comprenant : o une soufflante (701), o un arbre basse-pression, o un compresseur haute-pression (703), o une chambre de combustion (704), o un arbre haute-pression , o une turbine haute-pression (705) et o une turbine basse-pression (706) ;
- un réseau électrique de l’ensemble propulsif comprenant o une machine électrique basse-pression (707), reliée à l’arbre basse- pression, et o une machine électrique haute-pression (708), reliée à l’arbre haute- pression , le réseau électrique de l’ensemble propulsif étant connecté à un réseau électrique extérieur ; et
- un organe électrique de compensation et des moyens de calcul configurés pour la mise en œuvre du procédé de compensation (100) selon l’une quelconques des revendications précédentes.
[Revendication 10] Turbomachine hybridée (700) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comprend un organe électrique de compensation supplémentaire.
[Revendication 11] Turbomachine hybridée (700) selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en que l’organe électrique de compensation et l’organe électrique de compensation supplémentaire sont choisis dans un ensemble comprenant :
- une machine électrique basse-pression,
- une machine électrique haute-pression,
- une batterie, - un groupe auxiliaire de puissance et/ou
- un élément de dissipation de puissance électrique.
[Revendication 12] Aéronef comprenant
- une turbomachine hybridée (700) selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 , et/ou
- un organe électrique de compensation et des moyens de calcul pour la mise en œuvre du procédé de compensation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
EP24709816.3A 2023-02-28 2024-02-19 Procédé de compensation de puissance électrique d'une turbomachine hybridée Pending EP4673370A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2301857A FR3146128A1 (fr) 2023-02-28 2023-02-28 Procédé de compensation de puissance électrique d’une turbomachine hybridée
PCT/FR2024/050217 WO2024180296A1 (fr) 2023-02-28 2024-02-19 Procédé de compensation de puissance électrique d'une turbomachine hybridée

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4673370A1 true EP4673370A1 (fr) 2026-01-07

Family

ID=86468882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24709816.3A Pending EP4673370A1 (fr) 2023-02-28 2024-02-19 Procédé de compensation de puissance électrique d'une turbomachine hybridée

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4673370A1 (fr)
CN (1) CN121039019A (fr)
FR (1) FR3146128A1 (fr)
WO (1) WO2024180296A1 (fr)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3024755B1 (fr) * 2014-08-08 2019-06-21 Safran Aircraft Engines Hybridation des compresseurs d'un turboreacteur
US10953995B2 (en) * 2017-06-30 2021-03-23 General Electric Company Propulsion system for an aircraft
WO2020011380A1 (fr) * 2018-07-13 2020-01-16 Aerospace Holdings Inc. Système de propulsion pour aéronef à rotors multiples
EP3832096A1 (fr) * 2019-12-03 2021-06-09 Airbus SAS Système d'assistance électrique pour une turbomachine d'un aéronef, procédé de fonctionnement d'une turbomachine d'un aéronef et aéronef
US20220065163A1 (en) * 2020-08-31 2022-03-03 General Electric Company Ground operations of a hybrid electric propulsion system

Also Published As

Publication number Publication date
FR3146128A1 (fr) 2024-08-30
WO2024180296A1 (fr) 2024-09-06
CN121039019A (zh) 2025-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4437224B1 (fr) Système de conversion et de transport d'énergie électrique pour l'hybridation interne d'une turbomachine d'aéronef
EP4259521B1 (fr) Systeme propulsif hybride pour un helicoptere
EP2674591B1 (fr) Procédé et système de régulation de fourniture d'air comprimé à un réseau pneumatique, en particulier d'aéronef
EP3464855B1 (fr) Turbomachine d'aéronef avec réducteur epicycloidal à rapport de réduction variable
EP3245130B1 (fr) Dispositif et procédé de régulation d'un moteur auxiliaire adapté pour fournir une puissance propulsive au rotor d'un hélicoptère
EP3574199A1 (fr) Systeme d'alimentation en carburant d'une turbomachine
FR3099207A1 (fr) Système d’alimentation en carburant d’une turbomachine
FR3062423A1 (fr) Systeme d'entrainement d'une pompe a carburant d'une turbomachine
WO2024180296A1 (fr) Procédé de compensation de puissance électrique d'une turbomachine hybridée
FR3056558A1 (fr) Procede d'optimisation de l'operabilite de la motorisation d'un aeronef
FR3062424A1 (fr) Systeme d'entrainement d'une pompe a carburant d'une turbomachine
EP3574200B1 (fr) Circuit d'alimentation en carburant de turbomachine
EP3951149B1 (fr) Procédé de gestion du prélèvement d'une puissance produite par un groupe auxiliaire de puissance d'un aéronef et aéronef équipé dudit dispositif de gestion de prélèvement de puissance
EP4136746A1 (fr) Canal de propulsion pour aéronef
EP4237666B1 (fr) Turbomachine à turbine libre comprenant des equipements entrainés par la turbine libre
EP3829978A1 (fr) Procede de gestion de la puissance propulsive d'un aeronef
WO2024038232A1 (fr) Positionnement d'un port d'admission d'air d'une turbomachine
FR3062420A1 (fr) Dispositif d'entrainement d'une pompe a carburant pour turbomachine
WO2026083023A1 (fr) Système de commande de sources de puissance en parallèle avec estimation de charge
FR3138410A1 (fr) Système de génération et de distribution d’énergie électrique pour un aéronef et aéronef comprenant un tel système
EP4363706A1 (fr) Procede de controle d'une architecture energetique d'un systeme propulsif hybride

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250926

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR