FR2976555A1 - Recuperation d'energie electrique sur une helice d'aeronef - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de gestion énergétique d'un aéronef, ledit aéronef comprenant : - au moins une hélice (10) à pas variable, - un système (13) de machine électrique relié à l'hélice, ledit système étant apte à fonctionner en mode moteur électrique ainsi qu'en mode générateur électrique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - détermination d'un besoin de poussée à générer par l'hélice ; - si ladite poussée est nulle ou négative : - basculement du système de moteur en mode générateur électrique ; - adaptation du pas de l'hélice, de manière à ce que la rotation de ladite hélice permette au système de machine électrique de générer de l'énergie électrique. L'invention se rapporte en outre à un aéronef muni de moyens (16, 27) de mise en œuvre d'un tel procédé. Un tel aéronef est en mesure de produire une partie de l'énergie électrique qu'il consomme.
Description
Récupération d'énergie électrique sur une hélice d'aéronef
La présente invention se rapporte à un procédé de gestion énergétique d'un aéronef, permettant la récupération d'énergie électrique sur une hélice.
La présente invention se rapporte en outre à un aéronef muni de moyens de mise en oeuvre d'un tel procédé. Les aéronefs sont connus pour leurs émissions importantes de gaz à effet de serre. Dans une approche environnementale, il est actuellement envisagé l'hybridation énergétique des avions et des hélicoptères, voire dans certains cas le passage à une alimentation totalement électrique. Différents projets ont démontré la faisabilité d'une propulsion électrique pour des avions de petite taille. De même, il existe des prototypes d'hélicoptères dans laquelle la puissance mécanique nécessaire au rotor arrière est fournie totalement ou en partie par un moteur électrique.
La limite de ces projets tient aux technologies actuellement accessibles au niveau des moteurs électriques, des batteries et des piles à combustible. Afin d'augmenter l'autonomie des aéronefs, il serait en effet avantageux que ledit aéronef soit apte à produire de l'énergie électrique, et éventuellement à stocker ladite énergie pour une utilisation ultérieure.
Des projets d'avions solaires sont connus depuis les années 1970. Ces appareils possèdent une voilure tapissée de panneaux solaires, ce qui leur permet de charger des batteries embarquées. L'invention offre une solution alternative pour la production d'énergie par l'aéronef. En effet, le principe de l'invention est d'utiliser une hélice en mode éolienne, afin de faire fonctionner un générateur d'énergie électrique. Dans le cadre de l'invention, il faut entendre par « hélice » aussi bien une hélice propulsive ou un propulseur caréné d'un aéronef à voilure fixe - de type avion - qu'un rotor arrière assurant l'anti-couple ou la propulsion d'un aéronef à voilure tournante - de type hélicoptère.
Durant certaines phases de vol, notamment en phase de descente, la poussée nécessaire à un avion s'annule. Selon l'angle de trajectoire, ladite poussée nécessaire peut devenir négative, c'est-à-dire qu'un freinage de l'aéronef est requis. Dans ce cas, un moteur électrique alimentant les hélices de propulsion peut être commandé pour fournir un couple résistant et donc fonctionner en mode générateur. Les hélices fonctionnent en mode éolienne, c'est-à-dire qu'elles tournent dans le même sens qu'en propulsion avec un régime de rotation moindre. Cela permet de convertir l'énergie cinétique de l'aéronef en énergie électrique que l'on peut stocker et/ou utiliser.
De même, pour les hélicoptères à rotor arrière, le besoin d'anti-couple ou de propulsion à générer par le rotor arrière peut s'annuler ou devenir négatif lors de certaines phases de mission. Ces phases sont les suivantes : - escale au sol où le rotor arrière est mis face au vent ; - pour les rotors assurant l'anti-couple : croisière à vitesse maximale avec empennage vertical assurant tout l'anti-couple nécessaire ; - pour les rotors assurant la propulsion : freinage rapide afin de ralentir l'hélicoptère après une phase de croisière. Au lieu de désactiver le rotor arrière et sa chaîne électrique, il est possible de faire fonctionner ce système en mode éolienne pour générer de l'énergie électrique. Selon l'invention, le « mode éolienne » des hélices est permis par l'utilisation d'hélices à pas variable, c'est-à-dire pourvues d'un mécanisme pour ajuster l'angle de calage des pales par rapport à l'axe de rotation. L'invention se rapporte donc à un procédé de gestion énergétique d'un aéronef, ledit aéronef comprenant : au moins une hélice à pas variable ; un système de machine électrique relié à l'hélice, ledit système étant apte à fonctionner en mode moteur électrique ainsi qu'en mode générateur électrique ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - détermination d'un besoin de poussée à générer par l'hélice ; - si ladite poussée est nulle ou négative : - basculement du système de moteur en mode générateur électrique ; - adaptation du pas de l'hélice, de manière à ce que la rotation de ladite hélice permette au système de machine électrique de générer de l'énergie électrique. La première étape de détermination d'un besoin de poussée à générer par l'hélice peut être effectuée par le pilote de l'aéronef, ou encore de manière automatique, via un programme. De manière préférentielle, l'énergie électrique produite est stockée dans un moyen de stockage relié au système de machine électrique. Dans le cas d'un hélicoptère au sol, par exemple, des batteries peuvent être chargées pour une utilisation ultérieure en vol. Cependant, il est également avantageux de prévoir, dans un système de gestion de l'aéronef, que l'électricité produite soit utilisée de manière prioritaire à l'intérieur dudit aéronef. Cette utilisation peut s'effectuer au niveau d'une hélice, mais peut également concerner un autre organe de l'aéronef, tel que l'électronique embarquée. Un autre objet de l'invention est un aéronef muni de moyens de mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit précédemment.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit aéronef est un aéronef à voilure fixe, de type avion. Les hélices propulsives peuvent être alimentées exclusivement par de l'énergie électrique, ou encore par un système hybride électrique/thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit aéronef est un aéronef à voilure tournante, de type hélicoptère. Il peut s'agir d'un hélicoptère à unique rotor de sustentation, le rotor arrière assurant l'anti-couple. Il peut également s'agir d'un hélicoptère à double rotor de sustentation, le rotor arrière assurant la propulsion de l'appareil.
Le rotor arrière peut être alimenté exclusivement par de l'énergie électrique, ou encore par un système hybride électrique/thermique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci sont données à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : Vue schématique d'un dispositif de gestion énergétique d'une hélice d'aéronef selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 2 : Vue schématique d'un module de gestion énergétique selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 montre une vue schématique d'un dispositif de gestion énergétique d'une hélice d'aéronef selon un mode de réalisation de l'invention. L'hélice 10 fait partie d'un aéronef non représenté. L'hélice 10 peut être une hélice propulsive ou un propulseur caréné d'un aéronef à voilure fixe. L'hélice 10 peut également être un rotor arrière d'un aéronef à voilure tournante.
L'hélice 10 est à pas variable, c'est-à-dire que les pales 11 de l'hélice ont une inclinaison variable par rapport à l'axe 12 de rotation de ladite hélice 10. Ce type d'hélice est connu. Dans le cas des hélices propulsives, il permet notamment de fournir une traction élevée en phase de montée et moins de traînée à plus grande vitesse. L'hélice 10 est alimentée totalement ou partiellement à l'énergie électrique. Dans un exemple, l'hélice 10 est un rotor arrière d'un hélicoptère dont un rotor principal est alimenté par un moteur thermique. Selon une première variante, le rotor arrière peut être alimenté par le moteur thermique ou par un moteur électrique. Selon une deuxième variante, seul un moteur électrique alimente ledit rotor arrière. L'hélice 10 est donc reliée à un système 13 de machine électrique, pouvant fonctionner en mode moteur électrique. Une boîte 14 à engrenages est éventuellement intercalée entre le moteur 13 et l'hélice 10.
Un dispositif 15 de commande du système 13 de machine électrique est relié audit système 13. Ledit dispositif 15 est lui-même relié à un module 16 de gestion énergétique de l'hélice 10. La figure 2 représente une vue schématique dudit module 16.
Ledit module 16 comporte notamment un microprocesseur 21, une mémoire 22 de données, une mémoire 23 de programme et au moins un bus 24 de communication. La mémoire 23 de programme mémorise un programme 27 qui exécute les étapes d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention.
Une première étape d'un tel procédé est la détermination d'un besoin de poussée à générer par l'hélice 10. Une telle détermination s'effectue à partir de données reçues via une interface 25 d'entrée. Ces données proviennent de capteurs ou d'une autre unité électronique de gestion de l'aéronef auquel appartient l'hélice 10.
Dans certaines phases de vol précédemment évoquées, ou encore au sol, la poussée nécessaire devient nulle ou négative. Le programme 27 envoie alors des instructions au dispositif 15 de commande du système 13 de machine électrique, via une interface 26 de sortie. Selon ces instructions, le dispositif 15 bascule le système 13 du mode moteur électrique en mode générateur électrique.
Selon une variante, le dispositif 15 de commande du système 13 est directement incorporé au module 16. Lorsque le système 13 est en mode générateur électrique, le programme 27 adapte le pas de l'hélice 10, en modifiant la position des pales 11 de manière à optimiser le rendement aérodynamique. Cette position optimale dépend notamment de la direction du vent. Ainsi, sous l'action du vent, les pales 11 tournent, ce qui engendre un couple au niveau du système 13 en mode générateur. De l'électricité est ainsi produite.
Ladite électricité peut être provisoirement stockée dans un moyen 17 adapté, tel que des batteries reliées au système 13. Cependant, afin de tenir compte de la capacité de tels moyens 17 de stockage, il est préférable d'utiliser l'électricité produite par l'hélice 10 rapidement, voire au fur et à mesure de sa production.
Préférentiellement, le programme 27 peut donc prévoir d'utiliser prioritairement l'électricité produite par la rotation de l'hélice 10. Dans le cas d'une alimentation hybride de l'hélice 10 ou d'autres hélices de l'aéronef, le programme 27 peut notamment prévoir une alimentation prioritaire desdites hélices par les batteries 17, jusqu'à descendre en-dessous d'un seuil énergétique desdites batteries. La valeur d'un tel seuil est mémorisée dans la mémoire 22 de données. L'électricité produite par l'hélice 10 et éventuellement stockée dans les batteries 17 peut également servir à alimenter d'autres parties de l'aéronef comportant de l'électronique embarquée. On peut par exemple s'en servir pour alimenter le réseau de bord de l'aéronef qui est relié aux différents consommateurs d'énergie électrique à bord de l'aéronef. L'invention permet donc à l'aéronef de générer lui-même, en vol ou au sol, une partie de l'énergie électrique qu'il consomme. Son autonomie est donc améliorée et ses émissions polluantes sont diminuées.
Claims (1)
- REVENDICATIONS1.- Procédé de gestion énergétique d'un aéronef, ledit aéronef comprenant : - au moins une hélice (10) à pas variable, - un système (13) de machine électrique relié à l'hélice, ledit système étant apte à fonctionner en mode moteur électrique ainsi qu'en mode générateur électrique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - détermination d'un besoin de poussée à générer par l'hélice ; - si ladite poussée est nulle ou négative : - basculement du système de moteur en mode générateur électrique ; - adaptation du pas de l'hélice, de manière à ce que la rotation de ladite hélice permette au système de machine électrique de générer de l'énergie électrique.2.- Procédé selon la revendication 1, tel que l'énergie électrique produite est stockée dans un moyen (17) de stockage relié au système de machine électrique.3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, tel que l'énergie électrique produite par la rotation de l'hélice est utilisée par l'aéronef de manière prioritaire à une autre source d'énergie.4.- Aéronef muni de moyens (16, 27) de mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes.5.- Aéronef selon la revendication 4, ledit aéronef étant à voilure fixe et 30 l'hélice (10) étant une hélice propulsive.6.- Aéronef selon la revendication 4, ledit aéronef étant à voilure tournante et l'hélice (10) étant un rotor arrière.25
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