FR3003514A1 - Aeronef a voilure tournante a motorisation hybride. - Google Patents

Aeronef a voilure tournante a motorisation hybride. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un aéronef (1) muni d'au moins un rotor (2) entraîné par une boîte de transmission de puissance (3), d'au moins un moteur thermique (4), d'un réseau électrique (7) de bord et d'au moins une machine électrique (10) correspondant au moteur thermique (4) fonctionnant en mode « moteur électrique » et en mode « générateur électrique », chaque machine électrique (10) étant reliée mécaniquement à ladite boîte de transmission de puissance (3) par un premier moyen de liaison (20) et électriquement audit réseau électrique (7) de bord. Un deuxième moyen de liaison (40) mécanique relie mécaniquement chaque machine électrique (10) à un générateur de gaz (5) d'un moteur thermique.

Description

Aéronef à voilure tournante à motorisation hybride La présente invention concerne un aéronef à voilure tournante muni d'une motorisation hybride. La présente invention est donc du domaine des aéronefs 5 comprenant notamment une voilure tournante. Plus particulièrement, l'invention concerne les aéronefs ayant une motorisation dite « hybride » pour entraîner en rotation au moins un rotor d'une voilure tournante par l'intermédiaire d'une boîte de transmission de puissance principale de cet aéronef. Une telle 10 boîte de transmission de puissance principale est plus simplement dénommée « boîte de transmission de puissance ». Une motorisation « hybride » désigne une installation comprenant au moins un moteur thermique et au moins un organe électrique aptes chacun à mettre en mouvement une boîte de 15 transmission de puissance principale. L'organe électrique peut être un moteur électrique, à savoir un appareil électrique remplissant une fonction motrice uniquement. Cependant, cet organe électrique peut aussi être une 20 machine électrique, à savoir un appareil électrique remplissant une fonction motrice et une fonction générateur d'électricité. Une machine électrique peut donc fonctionner soit selon un mode « moteur électrique » pour entraîner en rotation des organes mécaniques, soit selon un mode « générateur électrique » pour 25 générer de l'énergie électrique. Une machine électrique est parfois qualifiée de « réversible » dans la mesure où la machine électrique peut basculer d'un mode « moteur électrique » vers le mode « générateur électrique » et inversement.
On note qu'un générateur électrique est un appareil électrique remplissant uniquement une fonction générateur d'électricité. De fait, un aéronef à voilure tournante peut comporter un ou plusieurs rotors de sustentation dits « rotors principaux », voire un ou plusieurs rotors auxiliaires pour le contrôle du mouvement en lacet de l'aéronef par exemple. L'installation motrice comporte alors au moins un moteur thermique mettant en rotation les rotors principaux par le biais de la boîte de transmission de puissance. Ce moteur thermique coopère avec une première machine électrique. Cette première machine électrique fonctionne en mode « moteur électrique » au démarrage de l'aéronef pour démarrer le moteur thermique.
Par exemple, le moteur thermique peut être un turbomoteur muni d'un générateur de gaz. La première machine électrique met alors en rotation le générateur de gaz au démarrage. Lorsque le moteur thermique est démarré, la première machine électrique peut alors fonctionner en mode « générateur 20 électrique » pour alimenter en énergie électrique le réseau de bord de l'aéronef. La première machine électrique transforme alors de l'énergie électrique en énergie mécanique pour démarrer le moteur thermique selon une première fonction, et transforme de l'énergie 25 mécanique provenant du moteur thermique en une énergie électrique destinée au réseau de bord selon une deuxième fonction.
En outre, une installation motrice hybride peut comporter un système auxiliaire d'apport d'énergie pour compléter ou remplacer l'entraînement produit par une motorisation thermique par une motorisation électrique mécaniquement liée à une boîte de transmission. Selon le document FR 2 962 404, une deuxième machine électrique est ainsi reliée à la boîte de transmission de puissance principale. La deuxième machine électrique transforme alors de l'énergie électrique en énergie mécanique pour mettre en mouvement la boîte de transmission de puissance principale selon une troisième fonction, et transforme de l'énergie mécanique provenant la boîte de transmission de puissance principale en une énergie électrique destinée au réseau de bord selon une quatrième fonction.
Le document FR 2 962 404 comporte donc une machine électrique liée mécaniquement à un moteur thermique, et une machine électrique liée mécaniquement à une boîte de transmission de puissance. Ce type d'architecture est intéressant mais peut être 20 relativement lourd et encombrant en redondant les machines électriques. En outre, la première machine électrique est susceptible de prélever de l'énergie mécanique sur le générateur de gaz du moteur thermique. Ce moteur thermique risque alors de fonctionner 25 avec un taux de compression non optimisé induisant une perte de consommation spécifique de carburant. En conclusion on comprend qu'il n'est pas aisé de concevoir, d'adapter et de réaliser une motorisation hybride et son architecture.
Le document FR 2 929 324 présente un turbomoteur relié à une machine électrique. Le document WO 2012/059671 présente un procède d'optimisation de la consommation spécifique d'un hélicoptère 5 bimoteur et une architecture bimoteur à système de régulation pour sa mise en oeuvre. La présente invention a alors pour objet de proposer une solution alternative pour un aéronef à voilure tournante muni d'une motorisation hybride. 10 Selon l'invention, un aéronef à voilure tournante est muni d'au moins un rotor entraîné en rotation par une boîte de transmission de puissance, l'aéronef ayant au moins un moteur thermique comportant un générateur de gaz et une turbine libre pour entraîner la boîte de transmission de puissance. De plus, cet 15 aéronef est pourvu d'un réseau électrique de bord et d'au moins une machine électrique qui fonctionne en mode « moteur électrique » et en mode « générateur électrique », chaque machine électrique étant reliée mécaniquement à la boîte de transmission de puissance par un premier moyen de liaison et électriquement au 20 réseau électrique de bord. Par exemple, l'aéronef inclut au maximum une machine électrique par moteur thermique. Cet aéronef est notamment remarquable en étant muni d'un deuxième moyen de liaison mécanique pour relier mécaniquement chaque machine électrique à un générateur de gaz, chaque premier 25 moyen de liaison comprenant une portion amont située entre un premier organe mécanique et une machine électrique ainsi qu'une portion aval située entre la boîte de transmission de puissance et le premier organe mécanique, le premier organe mécanique étant pourvu de deux parties rotatives et d'un moyen de solidarisation 30 pour solidariser en rotation lesdites deux parties rotatives en vol et désolidariser en rotation lesdites deux parties rotatives au sol lorsque la portion amont effectue une rotation à une vitesse de rotation amont supérieure à une vitesse de rotation aval de la portion aval.
Dès lors, cet aéronef ne nécessite pas l'emploi de deux machines électriques pour un aéronef composé d'un seul moteur thermique, ou encore l'emploi de trois machines électriques pour un aéronef muni de deux moteurs thermiques afin de démarrer le moteur thermique, alimenter le réseau électrique de bord voire pour participer à la mise en mouvement de la boîte de transmission de puissance. En effet, une seule machine électrique reliée mécaniquement à la boîte de transmission de puissance et à un générateur de gaz permet de remplir ces fonctions, éventuellement en coopération avec un simple moteur électrique additionnel selon le mode de réalisation. Le premier moyen de liaison permettant de connecter la machine électrique à la boîte de transmission de puissance est muni d'un premier organe mécanique pouvant être qualifié de « réversible ». Ce premier organe mécanique permet de couper la liaison entre une machine électrique et une boîte de transmission dans des situations définies par le constructeur. En outre, le deuxième moyen de liaison permet si nécessaire à un générateur de gaz de coopérer avec une machine électrique.
Dès lors, l'invention propose une solution alternative aux aéronefs existants permettant d'éviter l'implémentation de deux machines électriques, à savoir une machine électrique reliée à un générateur de gaz et une autre machine électrique reliée à une boîte de transmission de puissance.
Cet aéronef peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles qui suivent. Ainsi, le premier organe mécanique comprend un embrayage selon une première variante. Le moyen de solidarisation peut être une unité de traitement électrique, électronique ou mécanique commandant l'embrayage pour lier ou désolidariser une machine électrique d'une boîte de transmission de puissance. Selon une deuxième variante, le premier organe mécanique comprend une roue libre blocable munie d'une partie rotative menante reliée à la boîte de transmission de puissance et une partie rotative menée reliée à une machine réversible ainsi qu'un système de solidarisation de la partie rotative menante à la partie rotative menée pour fonctionner : - selon un mode encastré en vol durant lequel la partie rotative menante et la partie rotative menée sont solidaires en rotation, et - selon un mode roue libre au sol durant lequel la partie rotative menante entraîne en rotation la partie rotative menée lorsque cette partie rotative menante a une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de la partie rotative menée. Une telle roue libre blocable peut comporter des organes roulants tels que des billes ou des rouleaux interposés entre deux sections des parties rotatives menante et menée, à l'instar d'une roue libre usuelle. De plus, la roue libre blocable comporte par exemple des crabots mobiles pour solidariser les parties rotatives menante et menée. Le système de solidarisation inclut alors des organes roulants et des crabots mobiles. Le moyen de solidarisation peut être une unité de traitement électrique, électronique ou mécanique commandant la position des crabots. La première et la deuxième variante peuvent éventuellement être combinées, une variante étant implémentée pour une machine 5 électrique et l'autre variante étant implémentée pour une autre machine électrique. Par ailleurs, chaque machine électrique peut être reliée à un moyen de stockage d'énergie électrique. En mode générateur électrique, la machine électrique peut alors alimenter en énergie 10 électrique le moyen de stockage. En outre, chaque machine électrique est éventuellement reliée au réseau électrique de bord par le biais d'un convertisseur électrique, notamment si les niveaux de tensions électriques sont différents. Par exemple, un convertisseur DC/DC peut être utilisé 15 pour adapter le voltage électrique de l'énergie électrique produite au voltage du réseau de bord. Selon un premier agencement, au moins une machine électrique est mécaniquement reliée à la boîte de transmission de puissance et à un générateur de gaz uniquement. 20 Ce premier agencement présente l'avantage de ne pas induire de modification de la liaison reliant un moteur thermique à une boîte de transmission de puissance. Par contre, la boîte de transmission de puissance d'un aéronef existant doit être adaptée pour être reliée à une machine électrique. 25 Selon un deuxième agencement, au moins une machine électrique est mécaniquement reliée à la boîte de transmission de puissance, ainsi qu'à un générateur de gaz et à la turbine libre d'un générateur de gaz en étant interposée entre ladite turbine libre et ladite boîte de transmission de puissance.
Plus précisément, la machine électrique peut être agencée entre un moteur thermique et un frein. Un tel frein est dénommé « frein rotor » dans la mesure où sa fonction consiste à immobilier le rotor entraîné en rotation par la boîte de transmission de puissance. Dès lors, l'aéronef comporte éventuellement une roue libre munie d'une portion menante reliée à une turbine libre et d'une portion menée reliée à un arbre d'entraînement d'un premier moyen de liaison, l'arbre d'entraînement coopérant avec une machine électrique et débouchant sur le premier organe mécanique du premier moyen de liaison, un frein rotor étant disposé entre le premier organe mécanique et la boîte de transmission de puissance. La machine électrique peut être pourvue d'un élément rotatif disposée autour de l'arbre d'entraînement.
Ce deuxième agencement présente l'avantage de ne pas induire de modification de la boîte de transmission de puissance. Par contre, la liaison reliant un moteur thermique à une boîte de transmission de puissance d'un aéronef existant doit être adaptée. Les premier et deuxième agencements peuvent 20 éventuellement être combinés, un agencement étant implémenté pour une machine électrique et l'autre agencement étant implémenté pour une autre machine électrique. Par ailleurs, au moins un deuxième moyen de liaison peut comporter un moyen mécanique présentant un rapport de 25 transmission a supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation Vgg du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation Vtl de la turbine libre de ce moteur thermique donné selon la relation : a > Vgg Vtl La vitesse maximale de rotation Vgg du générateur de gaz et la vitesse maximale de rotation Vtl de la turbine libre correspondent aux vitesses de rotation maximales pouvant être atteintes lors de l'utilisation de l'aéronef. Par exemple, ces 5 vitesses correspondent aux vitesses atteintes lorsque le moteur thermique développe la puissance maximale continue connue de l'homme du métier sur un aéronef ayant un moteur thermique, ou encore aux vitesses atteintes lorsque le moteur thermique développe une puissance d'urgence 0E130' connue de l'homme du 10 métier sur un aéronef ayant une pluralité de moteurs thermiques. On entend donc par « vitesse maximale » d'un paramètre, la vitesse maximale pouvant être atteinte par ce paramètre. Ces vitesses maximales peuvent être déterminées par essais notamment. 15 Par exemple, un turbomoteur peut atteindre une vitesse maximale de rotation Vtl de l'ordre de 23000 tours par minute, et une vitesse maximale de rotation Vgg du générateur de gaz de l'ordre de 53000 tours par minute sur un aéronef ayant un moteur thermique. 20 Ces vitesses maximales peuvent correspondre à la vitesse la plus élevée atteignable par un paramètre multipliée par un gain de sécurité. Un tel moyen mécanique peut permettre d'adapter la vitesse de rotation de certains organes du deuxième moyen de liaison 25 selon les choix définis par le constructeur. On verra par la suite l'intérêt d'un tel rapport lors de la description de divers modes de réalisation. En outre, au moins un deuxième moyen de liaison peut comporter un organe de désolidarisation pour désolidariser une machine électrique d'un générateur de gaz dans des situations prédéterminées. Par exemple, l'organe de désolidarisation est muni d'une roue libre pour éviter l'entraînement de la machine électrique par un générateur de gaz en vol afin de ne pas dégrader les performances du moteur thermique. Selon un premier mode de réalisation, l'aéronef comporte un moteur électrique par moteur thermique, chaque moteur électrique étant relié mécaniquement à un générateur de gaz et électriquement au réseau électrique de bord, via éventuellement un convertisseur si les niveaux de tensions électriques sont différents. En fonction des niveaux de tension du moteur électrique et du réseau électrique de bord, l'aéronef peut en effet comporter un convertisseur électrique agencé entre le moteur électrique et le réseau électrique de bord.
Ce premier mode de réalisation propose donc d'utiliser un moteur électrique par moteur thermique et au moins une machine électrique. La machine électrique peut être agencée selon le premier agencement ou le deuxième agencement. Le premier mode de réalisation peut réduire la masse et l'encombrement de l'architecture, par rapport à une architecture munie de deux machines électriques. La machine électrique peut alors transformer de l'énergie mécanique provenant du moteur thermique ou de la boîte de transmission de puissance en une énergie électrique destinée au 25 réseau de bord ou à un moyen de stockage d'énergie. En vol, la machine électrique peut être entraînée par la boîte de transmission de puissance pour générer une l'énergie électrique. La machine électrique ne prélève donc pas d'énergie mécanique sur le générateur de gaz du moteur thermique, et ne perturbe donc pas son fonctionnement. De plus, la machine électrique peut transformer l'énergie électrique en énergie mécanique pour mettre en mouvement la 5 boîte de transmission de puissance. Enfin, le moteur électrique peut être utilisé pour démarrer le moteur thermique, et éventuellement pour fournir un surcroît de puissance au générateur de gaz en vol lors de phases de vol transitoires. 10 Selon une variante de ce premier mode de réalisation, on n'agence pas de deuxième liaison mécanique entre la machine électrique et le générateur de gaz. Dans la variante munie d'un deuxième moyen de liaison, au moins un deuxième moyen de liaison comporte une roue libre 15 comprenant une portion menante reliée à un générateur de gaz d'un moteur thermique donné et une portion menée reliée à un moyen mécanique présentant un rapport de transmission prédéterminé, le rapport de transmission étant supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz 20 par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné. Selon un deuxième mode de réalisation, l'aéronef comporte au moins une machine électrique, par exemple au maximum une unique machine électrique par moteur thermique. La masse et 25 l'encombrement de l'installation sont donc minimisés. Le premier moyen de liaison permet alors notamment à la machine électrique de transformer de l'énergie mécanique provenant de la boîte de transmission de puissance et de transformer l'énergie électrique en énergie mécanique pour mettre en mouvement la boîte de transmission de puissance. De plus, le deuxième moyen de liaison permet alors notamment à la machine électrique de transformer de l'énergie mécanique provenant du moteur thermique en une énergie électrique lors du vol par exemple et de transformer l'énergie électrique en énergie mécanique pour mettre en mouvement le générateur de gaz. Selon une première version, au moins un deuxième moyen de liaison comporte une première roue libre comprenant une première portion menante reliée à un générateur de gaz d'un moteur thermique donné et une première portion menée reliée à un premier moyen mécanique présentant un premier rapport de transmission prédéterminé. Le deuxième moyen de liaison comporte aussi une deuxième roue libre comprenant une deuxième portion menée reliée audit générateur de gaz d'un moteur thermique donné et une deuxième portion menante reliée à un deuxième moyen mécanique présentant un deuxième rapport de transmission prédéterminé. Ledit premier rapport de transmission sa est éventuellement supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation Vgg du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation Vtl de la turbine libre de ce moteur thermique donné, ledit deuxième rapport de transmission R étant inférieur au quotient de la vitesse maximale de rotation Vgg du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation Vtl de la turbine libre de ce moteur thermique donné, soit : Vgg a >V'gg et 16 < Vtl Vtl Eventuellement, le premier moyen mécanique et le deuxième moyen mécanique étant reliés à un arbre intermédiaire, une section fusible est interposée entre le deuxième rapport de transmission et ledit arbre intermédiaire. La section fusible vise à limiter la puissance transmise au générateur de gaz par une machine électrique à une puissance seuil. Au-delà de cette puissance seuil, la section fusible rompt par sécurité. Selon une deuxième version de ce deuxième mode de réalisation, au moins un deuxième moyen de liaison comporte un deuxième organe mécanique pourvu de deux parties mobiles pouvant être solidarisées de manière réversible l'une à l'autre sur requête à savoir une partie mobile reliée à un générateur de gaz d'un moteur thermique donné et une partie mobile reliée à un moyen mécanique présentant un rapport de transmission prédéterminé, ledit rapport de transmission étant supérieur au quotient de la vitesse de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné. Le deuxième organe mécanique peut être un embrayage ou encore une roue libre blocable comprenant une partie mobile menante reliée au générateur de gaz et une partie mobile menée reliée au moyen mécanique. Ledit deuxième organe mécanique peut donc comprendre une roue libre blocable munie de ladite partie mobile menante reliée à un générateur de gaz et de ladite partie mobile menée reliée audit moyen mécanique ainsi qu'un dispositif de solidarisation de la partie mobile menante à la partie mobile menée pour fonctionner - selon un mode encastré au sol durant lequel la partie mobile menante du deuxième organe mécanique et la partie mobile menée du deuxième organe mécanique sont solidaires en rotation, et - selon un mode roue libre en vol durant lequel la partie mobile menante du deuxième organe mécanique entraîne en rotation la partie mobile menée du deuxième organe mécanique lorsque cette partie mobile menante du deuxième organe mécanique possède une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de la partie mobile menée du deuxième organe mécanique. Selon une troisième version de ce deuxième mode de réalisation, au moins un deuxième moyen de liaison comporte une roue libre comprenant une portion menée reliée à un générateur de gaz d'un moteur thermique donné et une portion menante reliée à un moyen mécanique présentant un rapport de transmission prédéterminé, ledit rapport de transmission étant supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné. Cette troisième version est intéressante lorsque le constructeur ne souhaite pas générer de l'énergie électrique lorsque la boîte de transmission de puissance n'est pas en 20 mouvement. L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : 25 - la figure 1, un premier mode de réalisation pourvu d'une machine électrique disposée selon un premier agencement, - la figure 2, un premier mode de réalisation pourvu d'une machine électrique disposée selon un deuxième agencement, - la figure 3, une alternative au premier mode de réalisation, - les figures 4 et 5, une première version d'un deuxième mode de réalisation selon respectivement le premier et le deuxième agencement, - les figures 6 et 7, une deuxième version d'un deuxième mode de réalisation selon respectivement le premier et le deuxième agencements, - les figures 8 et 9, une troisième version d'un deuxième mode de réalisation selon respectivement le premier et le deuxième agencements, - la figure 10, une représentation d'une roue libre blocable. Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence. Les figures 1 à 9 présentes diverses réalisations pour un aéronef selon l'invention.
En référence à la figure 1 et indépendamment de la réalisation, l'aéronef 1 comporte une boîte de transmission de puissance 3 entraînant un rotor 2. Pour mettre en mouvement la boîte de transmission de puissance 3, l'aéronef comporte au moins un moteur thermique 4.
Un deuxième moteur thermique est représenté en traits en pointillées sur la figure 1. On comprend que les aéronefs représentés sur les figures 2 à 9 peuvent aussi comporter plusieurs moteurs thermiques, sans sortir du cadre de l'invention. Chaque moteur thermique est alors pourvu d'un générateur de gaz 5 et d'une turbine libre 6. La turbine libre 6 d'un moteur thermique est alors mécaniquement reliée à la boîte de transmission de puissance. Une roue libre 50 et un frein rotor 60 peuvent notamment être interposés entre chaque turbine libre 6 et la boîte de transmission de puissance 3. Cet aéronef est aussi pourvu d'une motorisation à base d'énergie électrique.
Ainsi, l'aéronef 1 comporte au moins une unique machine électrique 10 correspondant au moteur thermique 4. Chaque moteur thermique peut coopérer avec une unique machine électrique dédiée, ou encore au moins deux moteurs thermiques peuvent coopérer avec une même machine électrique. Ainsi, l'aéronef comporte au maximum une machine électrique par moteur thermique. Chaque machine électrique 10 peut fonctionner selon un mode « moteur électrique » pour mettre en mouvement un organe de l'aéronef et selon un mode « générateur électrique » pour produire de l'énergie électrique en fonction du besoin. On se référera à la littérature pour obtenir une description d'une telle machine électrique. Chaque machine électrique est reliée électriquement à un réseau électrique 7 de bord de l'aéronef, par le biais d'un convertisseur électrique 12 par exemple si les niveaux de tensions observés sont différents. De plus, chaque machine électrique 10 est éventuellement reliée électriquement à un moyen de stockage d'énergie électrique 11, tel qu'une batterie ou un ensemble de batteries et/ou un ensemble de supercapacité par exemple.
Le moyen de stockage peut servir de moyen de stockage pour le réseau de bord de l'aéronef via le convertisseur électrique si les niveaux de tensions sont différents. Cette caractéristique permet de minimiser la masse de l'aéronef en limitant le nombre d'éléments de stockage d'énergie.
Le réseau électrique de bord peut être indépendant du système auxiliaire de motorisation. Cependant, il est possible de mettre en oeuvre un unique réseau électrique auquel sont connectés les différents équipements électriques. Cette caractéristique permet éventuellement de diminuer les dimensions des câbles électriques de puissance dans la mesure où le courant électrique échangé est bien plus faible, voire de mettre en commun les fonctions conversion d'énergie pour les équipements qui consomment beaucoup d'énergie électrique.
Chaque machine électrique 10 est de plus reliée mécaniquement à la boîte de transmission de puissance par un premier moyen de liaison 20. Le premier moyen de liaison 20 est pourvu d'un premier organe mécanique 24 interposé entre la machine électrique et la boîte de transmission de puissance. Ainsi, le premier organe mécanique 24 possède une partie rotative amont 27 reliée mécaniquement par une portion amont 21 du premier moyen de liaison 20 à une machine électrique 10. De plus, le premier organe mécanique 24 inclut une partie rotative aval 26 reliée mécaniquement par une portion aval 22 du premier moyen de liaison 20 à la boîte de transmission de puissance 3. Le premier organe mécanique est aussi pourvu d'un moyen de solidarisation 30 pour solidariser en rotation lesdites parties rotatives amont et aval en vol, et pour désolidariser en rotation lesdites deux parties rotatives amont et aval au sol lorsque la portion amont effectue une rotation à une vitesse de rotation amont Vmr supérieure à une vitesse de rotation aval Vbtp de la portion aval 22. Le premier organe mécanique peut être un embrayage.
Cependant et en référence à la figure 10, le premier organe mécanique 24 peut posséder une roue libre blocable 25. La roue libre blocable comporte alors une partie rotative aval qui est qualifiée de partie rotative menante 26, et une partie rotative amont qui est qualifiée de partie rotative menée 26. La partie rotative menante 26 est ainsi reliée mécaniquement à la boîte de transmission de puissance 3, la partie rotative menée 27 étant reliée mécaniquement à une machine électrique 10. Un système de solidarisation 100 de la partie rotative 10 menante 26 à la partie rotative menée 27 inclut des moyens roulants aptes à coopérer avec des rampes des parties rotatives menante et menée à l'instar d'une roue libre classique. En outre, le système de solidarisation comprend par exemple des crabots 29 pouvant être déplacés par un système 29' pour 15 solidariser de manière réversible la partie rotative menante à la partie rotative menée. La roue libre blocable fonctionne alors : - selon un mode encastré en vol durant lequel la partie rotative menante 26 et la partie rotative menée 27 sont 20 solidaires en rotation, et - selon un mode roue libre au sol durant lequel la partie rotative menante 26 entraîne en rotation la partie rotative menée 27 lorsque cette partie rotative menante 26 possède une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de 25 la partie rotative menée 27. Selon le premier agencement représenté sur les figures 1, 3, 4, 6 et 8, une machine électrique est reliée mécaniquement à une entrée dédiée de la boîte de transmission de puissance.
Par contre, selon le deuxième agencement représenté sur les figures 2, 5, 7 et 9, la machine électrique est interposée entre une turbine libre 6 et la boîte de transmission de puissance 3. Selon ce deuxième agencement, la turbine libre d'un moteur 5 thermique peut entraîner la boîte de transmission de puissance 3 successivement via la roue libre 50, un arbre d'entraînement 53 et un frein rotor 60. La portion menante 51 de la roue libre 50 est ainsi reliée mécaniquement à la turbine libre, la portion menée 52 de cette roue libre 50 étant reliée mécaniquement à l'arbre 10 d'entraînement 53. La machine électrique 10 peut ainsi être disposée en parallèle de l'arbre d'entraînement 53, de manière à pouvoir entraîner en rotation l'arbre d'entraînement en mode « moteur électrique » ou à être entraîné en rotation par l'arbre 15 d'entraînement en mode « générateur électrique ». De plus, un premier organe mécanique 24 est alors agencé sur l'arbre d'entraînement entre la machine électrique 10 et la boîte de transmission de puissance, voire entre la machine électrique 10 et le frein rotor 60 le cas échéant. 20 Par ailleurs et en référence à la figure 1, l'aéronef comporte un deuxième moyen de liaison mécanique 40 par machine électrique pour relier mécaniquement une machine électrique 10 à un générateur de gaz 5. Le deuxième moyen de liaison peut ainsi être relié mécaniquement à la portion amont 21 du premier moyen 25 de liaison, à savoir entre la machine électrique 10 et un premier organe mécanique 24. On note que la variante de la figure 3 peut être dépourvue de ce deuxième moyen de liaison. À Le deuxième moyen de liaison peut comporter notamment un moyen mécanique 41 présentant un rapport de transmission a supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné. Ce moyen mécanique peut comprendre une pluralité de pignons distincts pour obtenir le rapport de transmission requis. De plus, au moins un deuxième moyen de liaison 40 comporte un organe de désolidarisation 44 pour désolidariser une machine 10 électrique 10 d'un générateur de gaz 5 dans des situations prédéterminées. Plus précisément, la figure 1 présente un premier mode de réalisation mettant en oeuvre une machine électrique selon un premier agencement, la figure 2 présentant le premier mode de 15 réalisation mettant en oeuvre une machine électrique selon le deuxième agencement. Selon ce premier mode de réalisation, on associe un moteur thermique à une machine électrique et à un moteur électrique 70. Le moteur électrique 70 est donc relié mécaniquement à un 20 générateur par une chaîne mécanique de transmission de puissance, le deuxième moyen de liaison 40 pouvant déboucher sur cette chaîne mécanique. Le moteur électrique 70 est aussi relié électriquement au réseau électrique 7 de bord, via éventuellement un convertisseur électrique 12' si les niveaux de tension du moteur 25 électrique 70 et du réseau électrique 7 sont différents. Selon ce premier mode de réalisation, le deuxième moyen de liaison est muni d'une roue libre 45 et d'un moyen mécanique 41 présentant un rapport de transmission a prédéterminé. La roue libre 45 est munie d'une portion menante 46 reliée mécaniquement à un générateur de gaz 5 et une portion menée 47 reliée mécaniquement au moyen mécanique 41. Le rapport de transmission a est supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique. Dès lors, au sol, la roue libre blocable est positionnée en mode « roue libre », le frein rotor étant enclenché pour empêcher la rotation du rotor. Le moteur électrique est alors activé pour démarrer le générateur de gaz. Lorsque le générateur de gaz est démarré à savoir à partir d'une vitesse de rotation donnée, ce générateur de gaz met en rotation la machine électrique 10 via le deuxième moyen de liaison. La machine électrique peut ainsi générer un courant électrique.
La roue libre blocable étant en mode « roue libre », la boîte de transmission de puissance n'est pas mise en mouvement par le deuxième moyen de liaison. En situation de vol, la roue libre blocable est positionnée en mode « encastré » lorsque le frein rotor est débloqué et lorsque les 20 portions amont 21 et aval 22 effectuent une rotation à la même vitesse. En mode « générateur électrique », le rapport de transmission a du moyen mécanique 41 permet de garantir l'entraînement de la machine électrique par la turbine libre 25 indirectement via la boîte de transmission de puissance selon le premier agencement et directement selon le deuxième agencement. La machine électrique n'interfère donc pas sur le fonctionnement du générateur de gaz.
En mode « moteur électrique », la machine électrique participe à l'entraînement de la boîte de transmission de puissance, sans agir sur le générateur de gaz. De plus, le moteur électrique peut être utilisé pour fournir de 5 la puissance mécanique au générateur de gaz, afin par exemple de réduire la consommation spécifique en carburant du moteur thermique. D'un point de vue sécurité, la roue libre 50 empêche un blocage de la boîte de transmission en cas de blocage de la 10 turbine libre. De plus, la roue libre 45 du deuxième moyen de liaison empêche la création d'un couple résistant en cas de blocage du générateur de gaz. Enfin, en cas de blocage de la machine électrique, le moyen 15 de solidarisation 30 agit sur la roue libre blocable pour la faire fonctionner en mode « roue libre » pour ne pas induire un blocage de la boîte de transmission de puissance. Les figures 4 à 9 présentent des variantes d'un deuxième mode de réalisation. 20 Ce deuxième mode de réalisation consiste à seulement mettre en oeuvre au moins une machine électrique. Dès lors, ce deuxième mode de réalisation est dépourvu du moteur électrique prévu par le premier mode de réalisation. Les figures 4 et 5 présentent une première version du 25 deuxième mode de réalisation. Plus précisément, la figure 4 présente une première version du deuxième mode de réalisation mettant en oeuvre une machine électrique selon un premier agencement, la figure 5 présentant une première version du deuxième mode de réalisation mettant en oeuvre une machine électrique selon le deuxième agencement. Selon cette première version et en référence à la figure 4, le deuxième moyen de liaison 40 comporte deux systèmes mécaniques 200, 300 agencés en parallèle reliés mécaniquement par un arbre intermédiaire 49 à une machine électrique 10. Ces deux systèmes mécaniques 200, 300 sont aussi reliés mécaniquement par une chaîne mécanique à un générateur de gaz. Il est à noter que l'on entend par « arbre », une liaison 10 mécanique comportant au moins un arbre. Ainsi, l'arbre intermédiaire peut comporter une pluralité d'arbres et de moyens de connexion par exemple. Le premier système mécanique 200 comporte une première roue libre 45 comprenant une première portion menante 46 reliée 15 mécaniquement à un générateur de gaz 5 et une première portion menée 47 reliée mécaniquement à un premier moyen mécanique 41. Ce premier moyen mécanique 41 présente un premier rapport de transmission a supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation 20 de la turbine libre du moteur thermique. Le deuxième système mécanique 300 comporte une deuxième roue libre 45' comprenant une deuxième portion menée 47' reliée mécaniquement au générateur de gaz 5 et une deuxième portion menante 46' reliée mécaniquement à un deuxième moyen 25 mécanique 41'. Ce deuxième moyen mécanique 41' présente un deuxième rapport de transmission p inférieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre du moteur thermique.
De plus, une section fusible 48 est interposée entre le deuxième moyen mécanique 41' et l'arbre intermédiaire 49. Dès lors, au sol, la roue libre blocable est positionnée en mode « roue libre », le frein rotor étant enclenché pour empêcher la rotation du rotor. La machine électrique est alors activée pour démarrer le générateur de gaz par le biais du deuxième système mécanique 300. En effet, la première roue libre 45 du premier système mécanique empêche la transmission du mouvement de la machine électrique vers le générateur de gaz. Lorsque le générateur de gaz est démarré à savoir à partir d'une vitesse de rotation donnée, ce générateur de gaz est autonome. La machine électrique passe alors en mode « générateur électrique ».
Dès lors, le générateur de gaz met en rotation la machine électrique 10 par le biais du premier système mécanique 200. En effet, la deuxième roue libre 45' du deuxième système mécanique empêche la transmission du mouvement du générateur de gaz vers la machine électrique.
La roue libre blocable étant en mode « roue libre », la boîte de transmission de puissance n'est pas mise en mouvement par le deuxième moyen de liaison. En situation de vol, la roue libre blocable est positionnée en mode « encastré » lorsque le frein rotor est débloqué et lorsque les 25 portions amont 21 et aval 22 effectuent une rotation à la même vitesse. En mode « générateur électrique », les rapports de transmission a, ri du moyen mécanique 41 permettent l'entraînement de la machine électrique par la turbine libre indirectement via la boîte de transmission de puissance selon le premier agencement et directement selon le deuxième agencement.
La machine électrique n'interfère donc pas sur le fonctionnement du générateur de gaz. En mode « moteur électrique », la machine électrique participe à l'entraînement de la boîte de transmission de puissance, sans agir sur le générateur de gaz.
D'un point de vue sécurité, la roue libre 50 empêche un blocage de la boîte de transmission en cas de blocage de la turbine libre. De plus, la première roue libre 45 du deuxième moyen de liaison et la section fusible empêche la création d'un couple résistant en cas de blocage du générateur de gaz. En effet, la section fusible casserait dans cette configuration, et la première roue libre serait glissante. Enfin, en cas de blocage de la machine électrique, le moyen de solidarisation 30 agit sur la roue libre blocable pour la faire 20 fonctionner en mode « roue libre » pour ne pas induire un blocage de la boîte de transmission de puissance. Les figures 6 et 7 présentent une deuxième version du deuxième mode de réalisation. Plus précisément, la figure 6 présente une deuxième version du deuxième mode de réalisation 25 mettant en oeuvre une machine électrique selon un premier agencement, la figure 7 présentant une deuxième version du deuxième mode de réalisation mettant en oeuvre une machine électrique selon le deuxième agencement.
Selon cette deuxième version et en référence à la figure 6, le deuxième moyen de liaison 40 comporte un moyen mécanique 83 présentant un rapport de transmission a supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné. De plus, le deuxième moyen de liaison est pourvu d'un deuxième organe mécanique 80 pourvu de deux parties mobiles 81, 82 pouvant être solidarisées de manière réversible l'une à l'autre sur requête à savoir une partie mobile 81 reliée mécaniquement à un générateur de gaz 5 et une partie mobile 82 reliée mécaniquement au moyen mécanique 83. Le deuxième organe mécanique peut être un embrayage ou suivant l'exemple représenté une roue libre blocable 80'. Une telle roue libre blocable 80' comporte alors une partie mobile menante reliée mécaniquement au générateur de gaz et une partie mobile menée reliée mécaniquement au moyen mécanique. Dès lors, au sol, la roue libre blocable 25 du premier moyen de liaison 20 est positionnée en mode « roue libre », le frein rotor 20 étant enclenché pour empêcher la rotation du rotor. Par contre, la roue libre blocable 80' du deuxième moyen de liaison 40 est en mode encastré. La machine électrique est alors activée pour démarrer le générateur de gaz par le biais du deuxième système mécanique 300. 25 Lorsque le générateur de gaz est démarré à savoir à partir d'une vitesse de rotation donnée, ce générateur de gaz est autonome. La machine électrique passe alors en mode « générateur électrique ».
Dès lors, le générateur de gaz met en rotation la machine électrique 10. En effet, la roue libre blocable 80' du deuxième moyen de liaison 40 est toujours en mode encastré. La roue libre blocable 25 du premier moyen de liaison 20 5 étant en mode « roue libre », la boîte de transmission de puissance n'est pas mise en mouvement par le deuxième moyen de liaison. En situation de vol, la roue libre blocable 25 du premier moyen de liaison est positionnée en mode « encastré » lorsque le frein rotor est débloqué et lorsque les portions amont 21 et aval 22 10 effectuent une rotation à la même vitesse. Par contre, la roue libre blocable 80' du deuxième moyen de liaison 40 passe en mode « roue libre ». En mode « générateur électrique », la machine électrique est entraînée par la turbine libre indirectement via la boîte de 15 transmission de puissance selon le premier agencement et directement selon le deuxième agencement. La machine électrique n'interfère donc pas sur le fonctionnement du générateur de gaz. En mode « moteur électrique », la machine électrique 20 participe à l'entraînement de la boîte de transmission de puissance, sans agir sur le générateur de gaz compte tenu de la présence de la roue libre blocable 80' du deuxième moyen de liaison. D'un point de vue sécurité, la roue libre 50 empêche un 25 blocage de la boîte de transmission en cas de blocage de la turbine libre.
De plus, la roue libre blocable 80' du deuxième moyen de liaison empêche en vol la création d'un couple résistant en cas de blocage du générateur de gaz. En référence aux figures 8 et 9, une troisième version du 5 deuxième mode de réalisation est envisageable si le constructeur ne souhaite pas produire de l'énergie électrique au sol. Dès lors, il suffit d'implémenter une simple roue libre 90 sur le deuxième moyen de liaison à la place du deuxième organe mécanique 80 de la deuxième version.
10 Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un 15 moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS1. Aéronef (1) à voilure tournante muni d'au moins un rotor (2) entraîné en rotation par une boîte de transmission de puissance (3), ledit aéronef (1) ayant au moins un moteur thermique (4) 5 comportant un générateur de gaz (5) et une turbine libre (6) pour entraîner ladite boîte de transmission de puissance (3), ledit aéronef (1) étant pourvu d'un réseau électrique (7) de bord et d'au moins une machine électrique (10) fonctionnant en mode « moteur électrique » et en mode « générateur électrique », chaque machine 10 électrique (10) étant reliée mécaniquement à ladite boîte de transmission de puissance (3) par un premier moyen de liaison (20) et électriquement audit réseau électrique (7) de bord, caractérisé en ce que ledit aéronef (1) est muni d'un deuxième moyen de liaison (40) mécanique pour relier mécaniquement 15 chaque machine électrique (10) à un générateur de gaz (5), chaque premier moyen de liaison (20) comprenant une portion amont (21) située entre un premier organe mécanique (24) et une machine électrique (10) ainsi qu'une portion aval (22) située entre la boîte de transmission de puissance (3) et le premier organe mécanique 20 (24), le premier organe mécanique (24) étant pourvu de deux parties rotatives (26, 27) et d'un moyen de solidarisation (30) pour solidariser en rotation lesdites deux parties rotatives (26, 27) en vol et désolidariser en rotation lesdites deux parties rotatives (26, 27) au sol lorsque la portion amont (21) effectue une rotation à une 25 vitesse de rotation amont (Vmr) supérieure à une vitesse de rotation aval (Vbtp) de la portion aval (22).
  2. 2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier organe mécanique (24) comprend un embrayage.
  3. 3. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier organe mécanique (24) comprend une roue libre blocable (25) munie d'une partie rotative menante (26) reliée à la boîte de transmission de puissance (3) et une partie rotative menée (27) reliée à une machine réversible (10) ainsi qu'un système de solidarisation (100) de la partie rotative menante (26) à la partie rotative menée (27) pour fonctionner : - selon un mode encastré en vol durant lequel la partie rotative menante (26) et la partie rotative menée (27) sont solidaires en rotation, et - selon un mode roue libre au sol durant lequel la partie rotative menante (26) entraîne en rotation la partie rotative menée (27) lorsque cette partie rotative menante (26) possède une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de la partie rotatives menée (27).
  4. 4. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une machine électrique (10) est mécaniquement reliée à la boîte de transmission de puissance (3) et à un générateur de gaz (5) uniquement.
  5. 5. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins une machine électrique (10) est mécaniquement reliée à la boîte de transmission de puissance (3), ainsi qu'à un générateur de gaz (5) et à la turbine libre (6) d'un générateur de gaz (5) en étant interposée entre ladite turbine libre (6) et ladite boîte de transmission de puissance (3).
  6. 6. Aéronef selon la revendication 4,caractérisé en ce que ledit aéronef (1) comporte une roue libre (50) munie d'une portion menante (51) reliée à une turbine libre (6) et une portion menée (52) reliée à un arbre d'entraînement (53) d'un premier moyen de liaison (20), l'arbre d'entraînement (53) coopérant avec une machine électrique (10) et débouchant sur ledit premier organe mécanique (24) du premier moyen de liaison (20), un frein rotor (60) étant disposé entre ledit premier organe mécanique (24) et la boîte de transmission de puissance (3).
  7. 7. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque machine électrique (10) est reliée à un moyen de stockage d'énergie électrique (11).
  8. 8. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque machine électrique (10) est reliée au réseau électrique (7) de bord par un convertisseur électrique (12).
  9. 9. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième moyen de liaison (40) comporte un moyen mécanique (41) présentant un rapport de transmission (a) supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné.
  10. 10. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième moyen de liaison (40) comporte un organe de désolidarisation (44) pour désolidariser une 25 machine électrique (10) d'un générateur de gaz (5) dans des situations prédéterminées.
  11. 11. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit aéronef (1) comporte un moteur électrique (70) par moteur thermique (4), chaque moteur électrique 5 (70) étant relié mécaniquement à un générateur de gaz (5) et électriquement au réseau électrique (7) de bord.
  12. 12. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que ledit aéronef (1) comporte un convertisseur 10 électrique (12') agencé entre ledit moteur électrique (70) et ledit réseau électrique (7) de bord.
  13. 13. Aéronef selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième moyen de liaison (40) comporte une roue libre (45) comprenant une portion menante (46) 15 reliée à un générateur de gaz (5) d'un moteur thermique donné et une portion menée (47) reliée à un moyen mécanique (41) présentant un rapport de transmission (a) prédéterminé, ledit rapport de transmission (a) étant supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse 20 maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné.
  14. 14. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième moyen de liaison (40) 25 comporte une première roue libre (45) comprenant une première portion menante (46) reliée à un générateur de gaz (5) d'un moteur thermique donné et une première portion menée (47) reliée à un premier moyen mécanique (41) présentant un premier rapport detransmission (a) prédéterminé, le deuxième moyen de liaison (40) comportant une deuxième roue libre (45') comprenant une deuxième portion menée (47') reliée audit générateur de gaz (5) d'un moteur thermique donné et une deuxième portion menante (46') reliée à un deuxième moyen mécanique (41') présentant un deuxième rapport de transmission (13) prédéterminé, ledit premier rapport de transmission (a) étant supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné, ledit deuxième rapport de transmission 03) étant inférieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné.
  15. 15. Aéronef selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit premier moyen mécanique et ledit deuxième moyen mécanique étant reliés à un arbre intermédiaire (49), une section fusible (48) est interposée entre ledit deuxième moyen mécanique (41') et ledit arbre intermédiaire (49).
  16. 16. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 0 , caractérisé en ce qu'au moins un deuxième moyen de liaison (40) comporte un deuxième organe mécanique (80) pourvu de deux parties mobiles (81, 82) pouvant être solidarisées de manière réversible l'une à l'autre sur requête à savoir une partie mobile (81) menante reliée à un générateur de gaz (5) d'un moteur thermique (4) donné et une partie mobile (82) menée reliée à un moyen mécanique (83) présentant un rapport de transmission (a) prédéterminé, ledit rapport de transmission (a) étant supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gazpar la vitesse maximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné.
  17. 17. Aéronef selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit deuxième organe mécanique (80) comprend une roue libre blocable (80') munie de ladite partie mobile menante (81) reliée à un générateur de gaz (5) et de ladite partie mobile menée (82) reliée audit moyen mécanique ainsi qu'un dispositif de solidarisation de la partie mobile menante à la partie mobile menée pour fonctionner : - selon un mode encastré au sol durant lequel la partie mobile menante du deuxième organe mécanique et la partie mobile menée du deuxième organe mécanique sont solidaires en rotation, et - selon un mode roue libre en vol durant lequel la partie mobile menante du deuxième organe mécanique entraîne en rotation la partie mobile menée du deuxième organe mécanique lorsque cette partie mobile menante du deuxième organe mécanique possède une vitesse de rotation supérieure à la vitesse de rotation de la partie mobile menée du deuxième organe mécanique.
  18. 18. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins un deuxième moyen de liaison (40) comporte une roue libre (90) comprenant une portion menée (93) reliée à un générateur de gaz (5) d'un moteur thermique (4) donné et une portion menante (92) reliée à un moyen mécanique (91) présentant un rapport de transmission (a) prédéterminé, ledit rapport de transmission (a) étant supérieur au quotient de la vitesse maximale de rotation du générateur de gaz par la vitessemaximale de rotation de la turbine libre de ce moteur thermique donné.
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