FR3033830B1 - Groupe de puissance pour aeronefs - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un groupe de puissance (1) comportant un ensemble turbine à gaz (20) et un ensemble moteur à pistons (30), l'ensemble moteur à pistons (30) et l'ensemble turbine à gaz (20) étant mécaniquement couplés à une charge (50) par un boîtier de transfert de puissance (40), et un réseau d'air comprimé (60) adapté pour prélever de l'air en aval du compresseur (22).
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des moteurs pour aéronefs, et en particulier le domaine des groupes auxiliaires de puissance, ou APU (pour « auxiliary power unit » en terminologie anglaise) équipant les aéronefs. L'invention s'applique aux aéronefs, c'est-à-dire aussi bien aux avions qu'aux hélicoptères.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les aéronefs sont équipés de plusieurs sources de génération de puissance, et notamment un moteur principal, qui assure la propulsion de l'aéronef, et un moteur auxiliaire (plus connu sous sa dénomination anglaise APU pour « Auxiliary Power Unit » et nommé par la suite APU). L’APU est un groupe auxiliaire (turbogénérateur en général) destiné à produire de l'énergie à bord des avions pour permettre d'alimenter au sol les différents systèmes de bord (tension électrique, pressions pneumatique et hydraulique, climatisation) quand les moteurs sont arrêtés afin d'économiser le carburant. Il peut être ou non utilisé en vol. Les APU sont généralement positionnés à l’arrière de l'avion, dans le cône de queue et alimentés par le kérosène des réservoirs de l’avion. Ils produisent l'énergie (pneumatique, hydraulique ou électrique selon le type d'appareil) utilisée pour démarrer les moteurs.
Un APU comporte un générateur de puissance, généralement de type turbine à gaz, un compresseur de charge, un boîtier d'engrenages, un ensemble de génération électrique, et des alternateurs.
Le compresseur de charge est généralement un compresseur monté sur l'axe principal du générateur de puissance qui fournit toute la puissance pneumatique nécessaire à l'avion. Le compresseur de charge est entraîné mécaniquement par le générateur de gaz du groupe APU et génère la puissance pneumatique voulue.
Pour une application aéronautique, les moteurs à pistons et les turbines à gaz présentent chacun des avantages et des inconvénients.
Les moteurs à pistons, en particulier à cycle diesel, offrent d’excellents rendements thermiques sur une large plage de fonctionnement tandis que le rendement des turbines à gaz se dégrade fortement en dehors du point de dimensionnement.
Les turbines à gaz offrent en revanche un meilleur rapport poids/puissance (typiquement de l’ordre de 3 à 5kW/kg pour une turbine à gaz au lieu de 0,6 à 1 kW/kg pour un moteur à pistons).
Les turbines à gaz ne fonctionnent qu’au-dessus d’un régime minimum permettant d’assurer la combustion, tandis que les moteurs à pistons ne fonctionnent que dans un domaine de pression et de température restreint.
Par ailleurs, le domaine d’opérabilité des moteurs à pistons est limité en raison des plus faibles conditions minimum de pression et de température en altitude qui rendent plus difficile l’inflammation du mélange pour un moteur à allumage par compression. Enfin, le besoin de refroidissement des moteurs à pistons étant supérieur à celui des turbines à gaz, en particulier à haute altitude, cela pénalise les performances des moteurs à pistons sont pénalisées par rapport aux turbine à gaz.
Des solutions d’hybridation « thermique - thermique » consistant à entraîner mécaniquement le récepteur à la fois par une turbine à gaz et par un moteur à pistons, avec la possibilité de désactiver l’un des deux ont été proposées.
On connaît notamment un moteur comportant un moteur diesel et une turbine à gaz en parallèle entraînant chacun l’arbre récepteur, le moteur diesel étant alimenté par un compresseur de la turbine à gaz.
Au contraire de l’hybridation électrique, les solutions d’hybridation « thermique -thermique » ne permettent pas de récupérer directement de l’énergie, mais visent à optimiser la consommation d’énergie sur tous les points de fonctionnement. En cela, elles sont particulièrement adaptées à des cycles d’utilisation présentant de fortes variations de charge, avec peu de phases de récupération d’énergie.
Dans le cas de turbines à gaz à turbine libre, les solutions d’hybridation « thermique - thermique » connues présentent les limitations suivantes : - l’acyclisme du moteur à pistons doit être filtré pour ne pas exciter le récepteur (hélice, rotor, ...) ; - les régimes du moteur à pistons et du récepteur sont liés mécaniquement, ce qui peut nécessiter un système de découplage en cas d’applications multi-turbines par exemple.
Des solutions d’hybridation « thermique - électrique » consistant à stocker l’énergie mécanique sous forme électrique ont également été proposées. Ces solutions permettent une plus grande souplesse vis-à-vis des points de fonctionnement, mais nécessitent le stockage de deux sources d’énergies différentes (stockées sous forme de batteries et de carburant par exemple) et ne sont généralement pas compétitives en terme de masse, même en comptant l’économie de carburant embarqué.
EXPOSE DE L'INVENTION L’invention permet de pallier au moins un des inconvénients précités en proposant un groupe de puissance comportant un ensemble turbine à gaz et un ensemble moteur à pistons, l’ensemble turbine à gaz comportant : - une chambre de combustion, - un compresseur de turbine à gaz agencé pour comprimer l’air d’admission de la chambre de combustion, - une turbine principale agencée pour être entraînée par les gaz d’échappement issus de la chambre de combustion, - un arbre de turbine à gaz, le compresseur et la turbine étant couplés par l’arbre, l’ensemble moteur à pistons comportant : - un moteur à pistons - un arbre de puissance l’ensemble moteur à pistons et l’ensemble turbine à gaz étant mécaniquement couplés à une charge par un boîtier de transfert de puissance, le groupe de puissance étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre un réseau d’air comprimé adapté pour prélever de l’air en aval du compresseur.
Le groupe de puissance selon l’invention permet, d’une part, de fournir de l’énergie pneumatique et, d’autre part, de fournir un couple, soit pour mettre en rotation une hélice, soit pour générer l’électricité nécessaire aux équipements de l’aéronef.
Le moteur selon l’invention fournit de la puissance mécanique et de la puissance pneumatique et ce tout en ayant une consommation plus faible que les APUs de l’art antérieur. Par rapport à une architecture APU classique, l’invention permet de réduire d’un rapport d’environ deux la consommation sur un vol type et ce pour une augmentation de la masse de 20% seulement prenant en compte une augmentation de la masse du groupe de puissance et une réduction de la masse de carburant embarquée.
Le fonctionnement du groupe de puissance selon l’invention peut être adapté au besoin de puissance à fournir. Le moteur à pistons et la turbine principale peuvent être utilisés ensemble pour fournir un couple à la charge. Alternativement, le moteur à pistons peut être utilisé seul pour fournir un couple au compresseur qui délivre de l’air au réseau d’air comprimé de l’aéronef. La turbine ou le moteur à pistons peuvent être utilisés seuls ou ensemble, pour fournir de la puissance au récepteur et/ou au compresseur. En adaptant les débits de carburant de la turbine principale et du moteur à pistons, on peut optimiser l’équilibre des puissances de la turbine principale et du moteur à pistons de manière à optimiser la consommation totale ou la durée de vie du groupe de puissance.
En outre, le moteur à pistons peut être utilisé pour la mise en rotation nécessaire au démarrage de la turbine principale via la transmission.
Le compresseur de l’ensemble turbine à gaz fonctionne comme un compresseur de charge entraîné par le moteur à pistons et génère la puissance pneumatique. L’invention présente donc l’avantage de ne pas nécessité un compresseur additionnel dédié à la fourniture de la puissance pneumatique. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles.
Le compresseur est constitué de deux étages distincts placés sur le même arbre, l’un des étages alimentant le réseau d’air comprimé et l’autre la turbine à gaz. L’ensemble moteur à pistons comprend un turbocompresseur, lui-même constitué d’un compresseur agencé pour comprimer l'air d'admission du moteur à pistons, d’une turbine agencée pour être entraînée par les gaz d'échappement du moteur à pistons, et d’un arbre de liaison mécanique reliant le compresseur et la turbine du turbocompresseur.
La turbine de turbocompresseur est agencée pour être entraînée à la fois par les gaz d’échappement issus du moteur à pistons et par ceux issus de la turbine de l’ensemble turbine à gaz.
Le groupe de puissance comporte en outre une vanne de dérivation pour réguler le débit de gaz issu de la turbine de l’ensemble turbine à gaz alimentant la turbine du turbocompresseur de l’ensemble moteur à pistons.
Le groupe de puissance comporte en outre une vanne de régulation, située en entrée du compresseur et adaptée pour réguler le débit d’air introduit dans le compresseur.
La dérivation des gaz d’échappement de la turbine à gaz vers le turbocompresseur du moteur à pistons permet de fournir d’avantage de puissance au turbocompresseur pour admettre une plus grande quantité d’air dans le moteur à pistons ce qui permet soit de générer plus de puissance mécanique soit de générer la même puissance mais de réduire la charge thermique du moteur à pistons et d’améliorer sa durée de vie.
La dérivation des gaz d’échappement de la turbine à gaz vers le turbocompresseur du moteur à pistons permet également de faciliter le démarrage du moteur à pistons en lui évitant de démarrer en aspiration naturelle. Ceci est particulièrement intéressant en altitude ou par temps froid. En effet, le turbocompresseur du moteur à piston est amorcé et accéléré plus rapidement en augmentant le débit de gaz brûlés sur la turbine.
Enfin, cette même dérivation a pour conséquence le mélange des gaz brûlés provenant de la turbine à gaz et ceux du moteur à pistons, ce qui permet de réaliser une post oxydation des gaz d’échappement du moteur à pistons et donc de diminuer la quantité de polluants émis.
Le groupe de puissance comporte en outre une vanne de régulation de l’air de prélèvement, située entre le compresseur et la chambre de combustion, et adaptée pour réguler la répartition du débit d’air introduit, d’une part, dans le réseau d’air comprimé et, d’autre part, dans la chambre de combustion.
Le groupe de puissance comporte en outre un système de gestion de l’alimentation configuré pour contrôler l’alimentation, d’une part, du moteur à pistons, et d’autre part, de la chambre de combustion, et pour privilégier l’alimentation du moteur à pistons dans les phases de faible puissance, et pour privilégier l’alimentation de la chambre de combustion dans les phases de fortes puissance.
Le système de gestion de l’alimentation est configuré pour couper l’alimentation de la chambre de combustion, lorsque la demande de puissance est inférieure à la puissance maximale du moteur à pistons, le moteur à pistons délivrant du couple à la charge et entraînant le compresseur pour alimenter en air le réseau d’air comprimé.
DESCRIPTION DES FIGURES D’autres objectifs, caractéristiques et avantages sortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif parmi lesquels : - la figure 1 est un groupe de puissance conforme à l’invention comportant un moteur à pistons et une turbine à gaz.
Sur la figure 1, les traits en pointillés correspondent aux lignes d’alimentation en carburant, les flèches en tirets correspondent aux flux de gaz et les traits pleins correspondent aux couples de forces.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Comme illustré sur la figure 1, un groupe de puissance 1 comporte, un ensemble turbine à gaz 20 et un ensemble moteur à pistons 30, un ensemble transmission 40 permettant un couplage mécanique des deux ensembles 20 et 30, et éventuellement un circuit d’air 70 permettant un couplage pneumatique des deux ensembles 20 et 30
On entend par couplage mécanique, un couplage faisant intervenir des régimes de rotation multiples. Ceci peut notamment être réalisé via un train d’engrenages, une transmission à courroie, un embrayage à friction ou un coupleur hydraulique par exemple.
On entend par couplage pneumatique un couplage faisant intervenir une connexion entre les circuits gazeux.
Une application typique pour le groupe de puissance 1 est un APU, ou groupe auxiliaire de puissance, embarqué sur un aéronef, permettant l’entrainement d’un générateur électrique et l’entrainement d’un compresseur pour alimenter le réseau pneumatique de l’avion.
Ensemble turbine à gaz 20
Bien que le groupe de puissance 1 soit typiquement un APU, l’ensemble turbine à gaz 20 peut également être un turbopropulseur.. L’ensemble turbine à gaz 20 comporte une chambre de combustion 21, un compresseur 22, une turbine principale 23, et un arbre 24 de turbine à gaz Le compresseur 22 et la turbine principale 23 sont accouplés par l’arbre 24 de turbine à gaz.
Le circuit d’air 202 comprend une entrée d’air 201 qui prélève de l’air à l'extérieur de l'aéronef et un système 203 de régulation d’admission d’air qui ajuste le débit d'air introduit dans le circuit d’air 202..
Compresseur 22
Le compresseur 22 comprime le flux d'air prélevé à l'extérieur de l'aéronef au niveau de l'entrée d'air 201.
Dans un mode de réalisation, le compresseur 22 fournit de l’air à la turbine à gaz 23 et au réseau pneumatique 202.
Alternativement, le groupe de puissance peut comporter deux compresseurs différents placés sur le même arbre 24, l’un fournissant de l’air à la turbine à gaz 23 et l’autre au réseau pneumatique 202.
Le compresseur 22 peut être axial ou centrifuge.
Chambre de combustion 21
Le carburant gazeux ou liquide est injecté dans la chambre de combustion 21 où il se mélange à l'air comprimé pour entretenir une combustion continue.
Turbine principale 23
Les gaz chauds se détendent en traversant la turbine 23, où l'énergie thermique et cinétique des gaz chauds est transformée en énergie mécanique. La turbine 23 est typiquement constituée d'un aubage fixe distributeur, suivi d'un aubage mobile. Les gaz de combustion s'échappent par la tuyère 25. Le mouvement de rotation de la turbine 23 est communiqué à l’arbre 24 et au boîtier de transfert de puissance 40
Ensemble moteur à pistons 30 L’ensemble moteur à pistons 30 génère un couple et le transmet à un arbre moteur 34 relié au boîtier de transfert de puissance.
Pour des raisons de compacité et de masse, l’ensemble moteur à pistons 30 sera préférentiellement suralimenté. A cet effet, l’ensemble moteur à pistons 30 comporte typiquement un turbocompresseur 32 adapté pour comprimer l'air d'admission du moteur en utilisant l'énergie résiduelle des gaz d'échappement.
Le turbocompresseur 32 comprend, de façon connue en soi, un compresseur 321 de turbocompresseur agencé pour comprimer l'air d'admission du moteur, une turbine 322 de turbocompresseur agencée pour être entraînée par les gaz d'échappement du moteur, et un arbre de liaison mécanique 323 reliant le compresseur 321 de turbocompresseur et la turbine 322 de turbocompresseur. La sortie du compresseur 321 de turbocompresseur est reliée au tuyau d’admission.
Le moteur 31 sera de préférence à pistons et à cycle à allumage par compression, pour permettre l’utilisation du même carburant que la turbine, mais toutes les autres technologies de moteur peuvent être utilisées (moteur à allumage commandé, moteur Wankel...).
Dans le cas où le cycle moteur est à allumage par compression et à quatre-temps, le moteur à pistons 31 comporte généralement, de manière connue en soit, un tuyau d’admission d’air, au moins une soupape d'admission adaptée pour obturer le tuyau d’admission, une arrivée de carburant, un tuyau d’échappement, une soupape d’échappement adaptée pour obturer le tuyau d’échappement, au moins un cylindre, au moins un piston adapté pour se déplacer dans l’axe du cylindre, relié à un vilebrequin par une bielle.
Le mouvement du piston dans le cylindre est converti en une rotation du vilebrequin dans son carter via la bielle. L’ensemble moteur à pistons 30 fonctionne typiquement selon un cycle quatre temps.
Lors d’une phase d’admission, la soupape d'admission s’ouvre, le piston descend et enferme dans le cylindre une masse d’air comburant issue du conduit d’admission d’air et comprimé dans le compresseur 321.
Lors d’une phase de compression, la soupape d'admission est fermée puis le piston remonte et comprime l’air afin d'augmenter la quantité de travail produite. En fin de compression, une quantité dosée de carburant est injectée dans le cylindre.
Lors d’une phase de combustion et de détente, les conditions de pression et de températures permettent l’inflammation du carburant. La combustion exerce, par dilatation du mélange, une pression sur le piston. Le piston est donc repoussé, et les gaz brûlés se détendent.
Lors d’une phase d’échappement, la soupape d'échappement est ouverte et le piston chasse les gaz brûlés, par le conduit d’échappement.
Boîtier de transfert de puissance 40 L’ensemble moteur à pistons 30 et l’ensemble turbine à gaz 20 sont chacun mécaniquement couplés à une charge 50 par un boîtier de transfert de puissance 40 comportant une transmission mécanique 41.
La charge 50 peut être une hélice. Dans le cas d’un APU, la charge peut être composée d’équipements mécaniques comme une pompe hydraulique, ou un générateur électrique pour alimenter les différents équipements de l’aéronef. L’ensemble turbine à gaz 20 et l’ensemble moteur à pistons 30 sont reliés mécaniquement par la transmission mécanique 41.
En particulier, l’arbre 24 de turbine à gaz et l’arbre moteur 34 sont couplés à la charge par l’intermédiaire de la transmission mécanique 41.
Le moteur à pistons 31 et la turbine 23 fournissent un couple à la charge 50. Alternativement ou en complément, le moteur à pistons ou la turbine fournit un couple au compresseur 22 qui délivre de l’air au réseau d’air comprimé 60.
Le boîtier de transfert de puissance 40 comporte avantageusement un système de découplage 42, comportant typiquement un embrayage adapté pour désaccoupler l’ensemble moteur à pistons 30 de la charge 50. Ainsi, en cas de défaillance de l’ensemble moteur à pistons 30, l’ensemble turbine à gaz 20 peut retrouver un cycle de fonctionnement conventionnel, le moteur à pistons 31 pouvant être désaccouplé de l’ensemble turbine à gaz 20 si nécessaire afin de limiter le couple de frottement.
La turbine principale 23 étant mécaniquement liée au moteur à pistons 31, le boîtier de transfert de puissance 40 , un système 43 de filtration des acyclismes générés par le moteur à pistons 31 est avantageusement ajouté à la transmission mécanique 41 pour ne pas perturber ni endommager la charge 50, la turbine principale 23 et le boîtier de transfert 40 lui-même. Réseau d’air comprimé 60
Le groupe de puissance comporte un réseau d’air comprimé 60 adapté pour prélever de l’air en aval du compresseur 22. L'air de prélèvement est ensuite utilisé pour alimenter le réseau d’air comprimé qui sert à pressuriser le compartiment passager de l'avion ou à empêcher la prise en glace des pièces critiques de l'aéronef, tels que les bords d'attaque des ailes.
Le compresseur 22 peut-être unique pour alimenter la turbine principale 23 et le réseau pneumatique 60. Dans une autre configuration, le compresseur 22 peut comporter deux étages séparés placés sur un même arbre, avec une entrée d’air commune et des sorties séparées. A la sortie du compresseur 22, l’air est à une température élevée typiquement de l’ordre de 250°C. L’air de prélèvement peut également servir au dégivrage des ailes et au démarrage des moteurs. Lorsqu'il est utilisé pour la pressurisation de la cabine 64, l’air de prélèvement doit d'abord être refroidi par passage dans un échangeur avant d’alimenter la cabine de l’aéronef. Une unité de gestion de l’air régule la température et le débit d'air dans la cabine, de manière à maintenir l'environnement confortable.
Dans une configuration possible, le circuit d’air comprend en outre une vanne 72 de régulation de l’alimentation de la turbine et une vanne 61 de régulation de l’air de prélèvement.
La vanne 72 se trouve en entrée du compresseur 22 et régule le débit d’air introduit dans le compresseur 22.
La vanne 61 se trouve entre le compresseur 22 et la chambre de combustion 21 et régule la répartition du débit d’air introduit, d’une part, dans le réseau d’air comprimé 60 et, d’autre part, dans la chambre de combustion 21.
Système de gestion de l’alimentation 11
Le moteur est alimenté par un réservoir 10. Le moteur peut avantageusement comporter un unique réservoir 10 alimentant les deux ensembles 20 et 30 dans le cas où ces derniers utilisent le même carburant, le dosage en carburant des deux ensembles 20 et 30 restant indépendant.
Le moteur comporte un système de gestion de l’alimentation 11 qui gère l’alimentation du moteur.
Le système 11 permet typiquement de répartir le débit de carburant dans les deux ensembles 20 et 30 en fonction de leur point de fonctionnement respectif.
Notamment, le système 11 privilégie le débit carburant dans le moteur à pistons 31 dans les phases de faible puissance. A pleine puissance, seul l’ensemble turbine à gaz 20 est alimenté en carburant.
Si une surpuissance ponctuelle est requise, le moteur à pistons 31 sera à nouveau utilisé pour apporter l’appoint requis sur l’ensemble turbine à gaz 20.
Plus précisément, lorsque la demande de puissance est inférieure à la puissance maximale du moteur à pistons 31, l’ensemble de la puissance est fournie par le moteur à pistons 31. Le moteur à pistons 31 délivre du couple à la charge 50 et entraîne le compresseur 22 pour alimenter en air le réseau d’air comprimé 60. Le système 11 n’injecte aucun carburant dans la chambre de combustion 21 de la turbine à gaz et injecte la quantité suffisante au moteur à pistons 31 pour assurer les besoins mécaniques et la fourniture d’air de prélèvement.
Lorsque la demande de puissance est supérieure au potentiel du moteur à pistons 31, la chambre de combustion 21 est alimentée en carburant de manière à mettre la turbine 23 en marche pour fournir un appoint de puissance. Le système de gestion du carburant 11 continue à alimenter le moteur à pistons 31. La répartition du débit carburant entre l’ensemble turbine 20 et l'ensemble moteur à pistons 30 est contrôlée par le système 11. La régulation du régime, visant par exemple à maintenir un régime constant quelles que soient les fluctuations de couple de la charge, peut par exemple être assurée complètement sur le contrôle de la balance de débit carburant entre la turbine 20 et le moteur à pistons 30.
En cas de démarrage de l’ensemble turbine à gaz 20 seul, par exemple pour les fonctionnements à haute altitude ou pour protéger le moteur à pistons 31, l’ensemble turbine à gaz 20 peut être utilisé seul, tandis que l’injection en carburant du moteur à pistons 31 est coupée.
Pour faciliter le démarrage du moteur à pistons 31, ou pour assurer un fonctionnement en mode dégradé, il est possible d’utiliser le système de découplage 42 entre la transmission 41 et l’arbre du moteur à pistons 34. L’utilisation du découplage permet de faciliter le démarrage du moteur à pistons 31 ainsi que d’assurer une redondance en mode dégradé. En cas d’indisponibilité du moteur à pistons 31, celui-ci peut être découplé. L’architecture ainsi obtenue est alors celle d’un groupe de puissance classique, la fourniture de puissance étant assurée par l’ensemble turbine à gaz 20. Dérivation des gaz d’échappement vers le turbocompresseur 32
Le conduit d’échappement de la turbine 23 peut être relié à la turbine 322, de manière à ce que la turbine 322 soit entraînée par les gaz d’échappement de la turbine 23. Un tuyau de dérivation 213 situé entre le conduit d’échappement 25 de la turbine 23 et la turbine 322 permettent de dériver les gaz en sortie de l’ensemble turbine à gaz 20 pour alimenter la turbine 322. Une vanne de dérivation 71 permet de réguler le débit de gaz alimentant la turbine 322.
Compresseur de charge
Le compresseur 22 de l’ensemble turbine à gaz 20 fonctionne alors comme un compresseur de charge entraîné par le moteur à pistons 31 et génère la puissance pneumatique. Il n’est donc plus nécessaire d’avoir un compresseur additionnel dédié à la fourniture de la puissance pneumatique.
La dérivation des gaz d’échappement de la turbine 23 vers le turbocompresseur 32 du moteur à pistons 31 permet de fournir d’avantage de puissance au turbocompresseur 32 pour admettre une plus grande quantité d’air dans le moteur à pistons 31 ce qui permet soit de générer plus de puissance mécanique soit de générer la même puissance mais de réduire la charge thermique du moteur à pistons et d’augmenter sa durée de vie.
La dérivation des gaz d’échappement vers le turbocompresseur 32 du moteur à pistons 31 permet également de faciliter le démarrage du moteur à pistons 31 en lui évitant de démarrer en aspiration naturelle, ce qui est particulièrement intéressant en altitude ou par temps froid. En effet le moteur à pistons 31 est alors démarré à la fois avec un démarreur électrique et pneumatique.
De façon inverse, le moteur à pistons 31 peut également être utilisé pour la mise en rotation nécessaire au démarrage de la turbine 23 via la transmission 41.
Enfin, cette même dérivation permet aussi de réaliser une post oxydation des gaz d’échappement du moteur à pistons 31 ce qui permet de diminuer la quantité de polluants émis. I : Ensemble groupe de puissance 10 : Réservoir de carburant II : Système de gestion du carburant 20 : Ensemble Turbine à Gaz 21 : Chambre de combustion de la turbine à gaz 22 : Compresseurs de la turbine à gaz 23 : Turbines de la turbine à gaz 24 : Arbre du générateur de gaz 30 : Ensemble moteur à pistons 31 : Moteur à pistons 32 : Turbocompresseur 321 : Compresseur du turbocompresseur 322 : Turbine du turbocompresseur 323 : Arbre du turbocompresseur 34 : Arbre de puissance du moteur à pistons 40 : Boîtier de transfert de puissance 41 : Transmission (engrenages, embrayage, ...) 42 : Système de découplage du moteur à piston 43 : Système de filtration des acyclismes moteur 70 : Circuit d’air de communication entre les deux ensembles turbine à gaz et moteur à pistons 71 : Vanne de dérivation des gaz brûlés 72 : Vanne de dérivation des gaz frais 50 : Charge (rotor, hélice, génératrice,...) 60 : Réseau d’air comprimé 61 : Vanne de régulation de l’air de prélèvement 203 : Système de régulation d’admission d’air 202 : Circuit d’air
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Groupe de puissance (1) comportant un ensemble turbine à gaz (20) et un ensemble moteur à pistons (30), l’ensemble turbine a gaz (20) comportant : - une chambre de combustion (21), - un compresseur (22) de turbine à gaz agencé pour comprimer l’air d’admission de la chambre de combustion (21), - une turbine principale (23) agencée pour être entraînée par les gaz d’échappement issus de la chambre de combustion (21), - un arbre (24) de turbine à gaz, le compresseur (22) et la turbine (23) étant couplés par l’arbre (24), l’ensemble moteur à pistons (30) comportant : - un moteur à pistons (31 ) - un arbre de puissance (34) l’ensemble moteur à pistons (30) et l’ensemble turbine à gaz (20) étant mécaniquement couplés à une charge (50) par un boîtier de transfert de puissance (40), le groupe de puissance (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre un réseau d’air comprimé (60) adapté pour prélever de l’air en aval du compresseur (22)et alimenter un réseau d’air comprimé de pressurisation d’un compartiment passager.
- 2. Groupe de puissance (1) selon la revendication précédente dont le compresseur (22) est constitué de deux étages distincts placés sur le même arbre (24), l’un des étages alimentant le réseau d’air comprimé (60) et l’autre la turbine à gaz (20).
- 3. Groupe de puissance (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’ensemble moteur à pistons (30) comprend un turbocompresseur (32), lui-même constitué d’un compresseur (321) agencé pour comprimer l'air d'admission du moteur à pistons (31), d’une turbine (322) agencée pour être entraînée par les gaz d'échappement du moteur à pistons (31), et d’un arbre de liaison mécanique (323) reliant le compresseur (321) et la turbine (322) du turbocompresseur.
- 4. Groupe de puissance (1) selon la revendication précédente, dans lequel la turbine (322) de turbocompresseur est agencée pour être entraînée à la fois par les gaz d’échappement issus du moteur à pistons (31) et par ceux issus de ia turbine (23) de l’ensemble turbine à gaz.
- 5. Groupe de puissance (1) selon la revendication précédente, comportant en outre une vanne (71) de dérivation pour réguler le débit de gaz issu de la turbine (23) de l’ensemble turbine à gaz alimentant la turbine (322) du turbocompresseur de l’ensemble moteur à pistons.
- 6. Groupe de puissance (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre une vanne (72) de régulation, située en entrée du compresseur (22) et adaptée pour réguler le débit d’air introduit dans le compresseur (22).
- 7. Groupe de puissance (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre une vanne (61) de régulation de l’air de prélèvement, située entre le compresseur (22) et la chambre de combustion (21), et adaptée pour réguler la répartition du débit d’air introduit, d’une part, dans le réseau d’air comprimé (60) et, d’autre part, dans la chambre de combustion (21).
- 8. Groupe de puissance (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre un système de gestion de l’alimentation (11) configuré pour contrôler l’alimentation, d’une part, du moteur à pistons (31), et d’autre part, de la chambre de combustion (21), et pour privilégier l’alimentation du moteur à pistons (31) dans les phases de faible puissance, et pour privilégier l’alimentation de la chambre de combustion (21) dans les phases de fortes puissance.
- 9. Groupe de puissance (1) selon la revendication précédente, le système de gestion de l’alimentation (11) étant configuré pour couper l’alimentation de la chambre de combustion (21), lorsque la demande de puissance est inférieure à la puissance maximale du moteur à pistons (31), le moteur à pistons (31) délivrant du couple à la charge (50) et entraînant le compresseur (22) pour alimenter-en air le réseau d’air comprimé (60).
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