FR3048231B1

FR3048231B1 - Systeme comprenant un groupe de conditionnement d'air hybride pour cabine d'aeronef

Info

Publication number: FR3048231B1
Application number: FR1651651A
Authority: FR
Inventors: David Lavergne; Jerome ROCCHI
Original assignee: Liebherr Aerospace Toulouse SAS
Current assignee: Liebherr Aerospace Toulouse SAS
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2019-07-05
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: EP3423354A1; FR3048231A1; WO2017149228A1

Abstract

La présente invention propose un système comprenant un groupe de conditionnement d'air utilisant un moteur électrique couplé à l'arbre rotatif d'une machine à cycle à air (ACM) de sorte que la rotation de l'arbre de l'ACM est accélérée lors des phases de vol où le régime moteur de l'avion est faible, et ce, quand une pression un débit de l'air entrant dans le groupe de conditionnement d'air est inférieure à un seuil prédéterminé. Par ce mécanisme, le compresseur peut augmenter le taux de compression de l'air traité par l'ACM lorsque la pression ou le débit de l'air entrant n'est pas suffisant pour alimenter le groupe de conditionnement d'air. Le système proposé apparaît moins complexe et plus léger que le système de l'art antérieur, car un refroidissement de l'électronique de puissance par air est possible et un seul compresseur est utilisé au lieu de deux.

Description

SYSTÈME COMPRENANT UN GROUPE DE CONDITIONNEMENT D’AIR HYBRIDE POUR CABINE D’AÉRONEF

Domaine Technique

La présente invention se rapporte de manière générale à un système comprenant un groupe de conditionnement d’air pour une cabine d'un aéronef. L'invention trouve des applications, en particulier, dans les aéronefs dont le prélèvement d’air est essentiellement dimensionné pour l’alimentation du groupe de conditionnement d’air cabine.

Art antérieur

La plupart des avions commercialisés de nos jours comprennent, un groupe de conditionnement d’air cabine faisant partie d'un système de conditionnement d’air (en anglais, ECS pour Environmental Control System). Le groupe de conditionnement d'air a plusieurs fonctions, à savoir, délivrer un certain débit d’air neuf dans la zone pressurisée pour assurer un taux de renouvellement de dioxygène suffisant pour les occupants de la cabine et une quantité d’air suffisante pour le système de mise en pression, assécher l’air envoyé à la zone mise sous pression et également assurer les fonctions de climatisation et de chauffage. Généralement, le groupe de conditionnement d'air utilise comme source d’énergie le prélèvement d’air sur les moteurs de l'avion grâce à deux ports de prélèvement, à savoir, le port de prélèvement IP (en anglais, Intermediate Pressure) à une pression intermédiaire et le port HP (en anglais, High Pressure) à une pression plus élevée. L'air prélevé via les ports IP et HP est connu en anglais sous l'expression "bleed air".

Classiquement, le port IP est utilisé lorsque le régime moteur de l'avion est élevé, par exemple, pendant les phases de montée et de croisière tandis que le port HP est utilisé lorsque le régime moteur de l'avion est faible, par exemple, dans les phases de roulage, descente et d'attente.

Toutefois, ce genre d’architecture nécessite l’utilisation de pré-refroidisseurs lourds qui ont un impact négatif sur la consommation de l’avion.

Dans une première approche pour résoudre ce problème, certains avions connus, tel le B787, proposent l’utilisation d’un groupe de conditionnement d'air se basant sur une source d'énergie électrique au lieu du prélèvement d'air sur les moteurs. Dans ce cadre, de l'énergie électrique est utilisée pour alimenter des motocompresseurs qui alimentent eux-mêmes le groupe de conditionnement d'air. Toutefois, ce genre d'architecture nécessite l'utilisation d'imposants motocompresseurs disposés en amont du groupe de conditionnement d'air, ce qui occasionne une consommation électrique importante. De plus, l'électronique de puissance d'un groupe de conditionnement d'air électrique nécessite un refroidissement par boucle liquide. Or ce genre de refroidissement est connu pour être lourd, complexe et peu fiable. Cette solution n'est donc pas satisfaisante.

Dans une autre approche hybride qui semble ne pas avoir encore mise en production, le document US 2013/0040545 A1 (ci-après D1) envisage de n'utiliser que le port IP pour alimenter le groupe de conditionnement d'air. D1 a identifié que dans les phases de vol où le régime moteur de l'avion est faible, la pression de l'air prélevé sur le port IP n'est pas suffisante pour faire fonctionner correctement le groupe de conditionnement d'air. Pour résoudre ce problème, D1 propose d'utiliser un compresseur auxiliaire disposé en amont du groupe de conditionnement d'air et qui alimenté par un moteur électrique. Ainsi, lorsque le régime moteur de l'avion est faible et que la pression de l'air prélevé sur le port IP est inférieure à un certain seuil, le compresseur auxiliaire est activé pour compresser l'air prélevé sur le port IP afin d'obtenir de l'air à une pression requise et qui est ensuite injecté dans le groupe de conditionnement d'air.

Cependant, cette solution n'est pas totalement satisfaisante, car elle nécessite l'ajout d'un compresseur auxiliaire pour chaque groupe de conditionnements d'air, ce qui est coûteux, complexe et entraîne une augmentation du poids que doit supporter l'avion. Résumé de l'invention

La présente invention a pour objet de proposer un système présentant une nouvelle architecture comprenant un groupe de conditionnement d’air pouvant fonctionner seulement sur la base d’un seul port de prélèvement d'air sans toutefois nécessiter l'ajout d'un compresseur auxiliaire pour assurer le fonctionnement du groupe de conditionnement d'air lors des phases de vol où le régime moteur de l'avion est faible. À cet effet, l'invention propose un système comprenant un groupe de conditionnement d’air pour une cabine d'un aéronef, dont le groupe de conditionnement d'air comprend une machine à cycle à air (ACM). L’ACM du groupe de conditionnement d'air comprend au moins une turbine de détente et un compresseur, la turbine étant couplée mécaniquement au compresseur via un premier arbre rotatif de façon à entraîner le compresseur. Le système est caractérisé par : - un port unique prévu pour prélever de l’air sur au moins l’un des moteurs de l’aéronef de manière à alimenter une entrée du groupe de conditionnement d'air, l’air prélevé présentant au moins une caractéristique fluidique le rendant apte à alimenter le groupe de conditionnement d'air lorsque l’aéronef est en phase de montée ou de croisière ; - au moins un capteur de mesure prévu pour mesurer la caractéristique fluidique de l’air pénétrant dans l’entrée du groupe de conditionnement d'air ; - l’ACM comprenant en outre un premier moteur électrique couplé au premier arbre; et, - une unité de commande couplée au capteur de mesure et au premier moteur électrique, l’unité de commande étant configurée pour commander le fonctionnement du premier moteur électrique, lorsque la mesure de la caractéristique fluidique est inférieure à un seuil prédéterminé, de sorte que la rotation du premier arbre est accélérée afin que l’air en sortie du compresseur présente une caractéristique fluidique le rendant apte à alimenter la cabine lorsque l’aéronef est en phase de vol de roulage, descente ou d'attente.

Le cas échéant, le premier moteur électrique présente une puissance électrique inférieure à 30 kW, par exemple entre 10 et 20 kW.

Dans une mise en œuvre, la caractéristique fluidique de l’air est choisie parmi : une pression et un débit.

Dans un exemple, le seuil prédéterminé est de l’ordre de 18 psia ou de 0,30 kg/s lorsque, respectivement, la caractéristique fluidique est une pression ou un débit.

Avantageusement, le système peut comprendre, en outre, un ventilateur disposé sur un deuxième arbre rotatif disjoint du premier arbre rotatif.

Dans un premier exemple, le second arbre rotatif est prévu pour être entraîné par un second moteur électrique disposé sur le deuxième arbre et configuré pour alimenter le ventilateur.

Le cas échéant, le second moteur électrique présente une puissance électrique supérieure à 3 kW, par exemple entre 4 et 5 kW.

Dans un deuxième exemple, le second arbre rotatif est prévu pour être entraîné par une seconde turbine couplée mécaniquement au ventilateur via le second arbre de façon à entraîner le ventilateur.

Dans une première mise en œuvre du deuxième exemple, la seconde turbine est couplée pneumatiquement à l'entrée du compresseur.

Dans une deuxième mise en œuvre du deuxième exemple, la seconde turbine est couplée pneumatiquement à l'entrée du groupe de conditionnement d'air.

Brève Description des Dessins D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un diagramme fonctionnel représentant un système selon l’invention ; - la figure 2 est un diagramme fonctionnel représentant une amélioration du système de la figure 1, selon un premier mode de réalisation ; et, - la figure 3 est un diagramme fonctionnel représentant une amélioration du système de la figure 1, selon un deuxième mode réalisation ;

Les références similaires utilisées dans des figures différentes désignent des éléments semblables.

Description détaillée de modes de réalisation

Dans le cadre de cette description, toutes les valeurs de puissance et de débit fournis sont relatives à un avion d'environ cent passagers. L’homme du métier sera capable d’extrapoler ces valeurs pour d’autres capacités du nombre de passagers. Dans le cadre de l’invention, contrairement aux techniques connues, il n’est pas proposé d'ajouter un compresseur auxiliaire au groupe de conditionnement d'air pour assurer le fonctionnement du groupe lors des phases de vol où le régime moteur de l'avion est faible. Dans l’invention, il est proposé de se servir du compresseur de la machine à cycle à air (en anglais, "Air cycle Machine") ACM qui est déjà compris dans le groupe de conditionnement d'air. En outre, l’invention propose d’utiliser un moteur électrique couplé à l'arbre rotatif de l’ACM de sorte que la rotation de l’arbre de l’ACM est accélérée lors des phases de vol où le régime moteur de l'avion est faible, et ce, quand une pression ou un débit de l'air entrant dans le groupe de conditionnement d'air est inférieure à un seuil prédéterminé. Par ce mécanisme, le compresseur peut augmenter le taux de compression de l'air traité par l’ACM lorsque la pression ou le débit de l’air entrant n’est pas suffisant pour alimenter le groupe de conditionnement d'air. Le système proposé apparaît moins complexe et plus léger que le système de l'art antérieur, car un refroidissement de l'électronique de puissance par air est possible et un seul compresseur est utilisé au lieu de deux.

Dans le cadre de l'invention, on considérera un avion dont le prélèvement d’air est essentiellement dimensionné pour l’alimentation du groupe de conditionnement d'air. Cela concerne par exemple, les avions qui privilégient l’utilisation de l’énergie électrique pour réaliser la fonction de protection givrage de sorte que le prélèvement d’air sur les moteurs peut être dédié à l'alimentation du groupe de conditionnement d'air. Cela pourra également concerner, par exemple, les avions qui réalisent la fonction de dégivrage de manière pneumatique, notamment grâce à des boudins gonflables.

Dans la suite de la description, on considérera pour illustration, un avion de type turbopropulseur tel un avion de transport régional. Toutefois, ce choix n’est qu’illustratif et l’invention peut s’appliquer à d’autres types d’aéronefs présentant les caractéristiques de prélèvement d’air telles que décrites plus haut, dans les phases de vol où le régime moteur est faible.

La figure 1 illustre la structure générale d'une forme de réalisation d’un système selon l'invention, comprenant un groupe de conditionnement d’air (ci-après groupe de conditionnement d'air) 100. Le système selon l'invention comporte un port unique (non représenté) prévu pour prélever de l’air sur au moins l’un des moteurs de l'avion.

Dans la figure 1, le groupe de conditionnement d'air 100 comprend une entrée 110 qui est configurée pour être alimentée par l'air prélevé sur le port unique du système. Le groupe de conditionnement d'air 100 comprend ensuite une vanne de régulation (en anglais, "flow control valve") FCV 130 qui est configurée pour réguler le débit de l'air pénétrant dans l’entrée 110. Par la suite, l'air prélevé est dirigé vers un échangeur thermique 130 qui comprend un échangeur thermique primaire (en anglais, "primary heat exchanger") PHX 131 ainsi qu'un échangeur thermique principal (en anglais, "main heat exchanger") MHX 132. L'échangeur thermique 130 comprend également un circuit de circulation d'air extérieur (en anglais, "ram air") 133 s'étendant entre une entrée d'air extérieur 1331 et une sortie d'air extérieur 1332. L'air reçut au niveau de l’entrée 110 qui traverse l'échangeur thermique 130 est refroidi par l'absorption de sa chaleur par le circuit de circulation d'air extérieur 133. De manière connue, comme l’avion est au sol, on utilise un ventilateur (en anglais, "Fan") 141 pour ventiler l'échangeur thermique 130, le ventilateur 141 étant disposé en aval de l'échangeur thermique 130 à proximité de la sortie d'air extérieur 1332. De manière classique, au sol, de l'énergie pneumatique est fournie par un petit turbomoteur, formant un groupe auxiliaire de puissance (en anglais, "Auxiliary Power Unit") APU 170.

Toujours dans la figure 1, l'échangeur thermique PHX 131 est configuré pour refroidir l'air régulé par la vanne FCV 120. Par la suite, on trouve un compresseur 142, couplé à l'échangeur thermique PHX 131 et à l'échangeur thermique MHX 132. Le compresseur 142 est configuré pour comprimer l'air refroidi par l'échangeur thermique PHX tandis que l'échangeur thermique MHX 132 est configuré pour refroidir l'air comprimé par le compresseur 142. Cet air refroidi par l'échangeur thermique MHX 132 est ensuite injecté dans un dispositif d'extraction d'eau 150 qui est configuré pour réaliser une déshydratation de l'air.

Le dispositif d'extraction d'eau 150 comprend généralement un condenseur (non représenté) ainsi qu'un séparateur d'eau (non représenté) monté en aval du condenseur. Le condenseur est configuré pour refroidir l'air refroidi par l'échangeur thermique MHX 132.

Par la suite, une turbine 143, couplée au dispositif d'extraction d'eau 150, est prévue pour détendre l'air déshydraté par le dispositif d'extraction d'eau 150. La turbine 143 est également configurée pour diriger l'air détendu en échange thermique au travers du condenseur du dispositif d'extraction d'eau 150 pour refroidir l'air comprimé par le compresseur 142 à la température requise pour la séparation d'eau dans le dispositif d'extraction d'eau 150. Enfin, l'air détendu est dirigé hors du groupe de conditionnement d'air 100 pour être mélangé dans une chambre de mélange (non représentée), sous forme d'air frais à l'air de recirculation de la cabine de l'avion.

Dans le groupe de conditionnement d'air 100 de la figure 1, la turbine 143, le compresseur 142 et le ventilateur 141 sont disposés sur un arbre commun rotatif 144 et forment une machine à cycle à air (en anglais, "Air cycle Machine") ACM 140, également qualifiée de machine à trois roues. L’ensemble constitué par la turbine 143 et le compresseur 142, qui sont liés mécaniquement, est également appelé turbocompresseur. Par cet arrangement, l'énergie produite par la turbine 143 permet d'entraîner le compresseur 142 ainsi que le ventilateur 141.

Le groupe de conditionnement d'air 100 de la figure 1 comprend en outre un moteur électrique 145 disposé dans l’ACM 140 et couplé à l’arbre rotatif 144. Dans un exemple, le moteur électrique 145 est un moteur synchrone à aimant permanent. Dans une mise en œuvre particulière, le moteur électrique 145 présente une puissance électrique inférieure à 30 kW, le cas échéant entre 10 et 20 kW. Le groupe de conditionnement d'air 100 de la figure 1 comprend également un capteur de mesure 160 disposé au niveau de l’entrée 110 et configuré pour mesurer une caractéristique fluidique de l’air pénétrant dans l’entrée 110. Par exemple, la caractéristique fluidique de l’air reçu est choisie parmi une pression d’air et un débit d’air. Dans la suite de la description, on considérera à titre d’exemple, que la caractéristique fluidique mesurée par le capteur de mesure 160 est une pression d’air. En outre, le groupe de conditionnement d'air 100 de la figure 1 comprend une unité de commande 146 couplée au moteur électrique 145 et au capteur de mesure 160. L'unité de commande 146 est configurée pour commander la mise en marche du moteur électrique 145, lorsqu’une mesure de la caractéristique fluidique est inférieure à un seuil prédéterminé, de sorte que la rotation de l’arbre rotatif 144 est accélérée afin que l’air en sortie du compresseur ou en sortie de la turbine présente une caractéristique fluidique le rendant apte à alimenter la cabine lorsque l’avion est en phase de vol de roulage, descente ou d'attente. Dans un exemple, la caractéristique fluidique est une pression en sortie du compresseur ou un débit en sortie de la turbine. Dans une mise en œuvre particulière, l’unité de commande 146 peut être refroidie par de l’air de sortie de cabine 10.

Ainsi, en opération, lorsque, par exemple, une pression d'air mesurée par le capteur de mesure 160 est supérieure une valeur prédéterminée de pression, le moteur électrique 145 n'est pas mis en marche et le compresseur 142 est seulement alimenté en énergie mécanique via l'arbre rotatif 144 entraîné par la turbine 143. Dans un exemple, la valeur prédéterminée est de l’ordre de 18 psia lorsque la caractéristique fluidique est une pression d’air. Dans un autre exemple, lorsque la caractéristique fluidique est un débit d’air, la valeur prédéterminée est de l’ordre de 0,30 kg/s.

En poursuivant l’opération, lorsque, par exemple, la pression d'air mesurée par le capteur de mesure 160 est inférieure à la valeur prédéterminée, l’unité de commande 146 commande la mise en marche du moteur électrique 145 pour accélérer la rotation de l’arbre rotatif 144 de sorte que l’air en sortie du compresseur 142 présente une pression le rendant apte à fournir le bon niveau de débit en cabine lorsque l’avion est en phase de roulage, descente ou d'attente. En d’autres termes, l’actionnement du moteur électrique 145 a pour effet que l’air en sortie du compresseur 142 présente une pression d’air qui correspond à celle qu’elle aurait eue si la pression d’air au niveau de l’entrée 110 était suffisante pour alimenter le groupe de conditionnement d'air 100 sans nécessiter la mise en marche du moteur électrique 145. Dans l’exemple plus haut, il a été indiqué que la valeur prédéterminée est de l’ordre de 18 psia au niveau de l’entrée 110. En continuant sur la base de cet exemple, l’effet de la mise en marche du moteur électrique 145 aurait pour effet que la mesure de pression au niveau de l’entrée 110 soit de l’ordre de 23 psia. Or, une pression d’air de 23 psia au niveau de l’entrée 110 est suffisante pour alimenter le groupe 100 sans nécessiter la mise en marche du moteur électrique 145, lorsque l’avion est en phase de roulage, descente ou d'attente. Dans un autre exemple, si l’on considère le débit d’air comme caractéristique pertinente pour une valeur prédéterminée de 0,30 kg/s alors l’effet de la mise en marche du moteur électrique 145, aura pour effet que la mesure de débit au niveau de l’entrée 110 soit de l’ordre de 0,30 kg/s tandis que sans la mise en marche du moteur électrique 145, la mesure de débit au niveau de l’entrée 110 serait de l’ordre de 0,20 kg/s.

La nouvelle architecture du système selon l'invention, telle que représentée dans la figure 1, concerne ainsi une configuration hybride du groupe de conditionnement d'air 100 dans la mesure où le compresseur 142 peut être alimenté par une source d'énergie pneumatique générée par la turbine 143 ou par la source d'énergie pneumatique combinée à une source d'énergie électrique générée par le moteur électrique 145.

La figure 2 illustre une amélioration du système de la figure 1, comprenant un groupe de conditionnement d'air 200, selon un premier mode de réalisation. Dans le groupe de conditionnement d'air 200, les mêmes éléments sont désignés par des références similaires à ceux du groupe de conditionnement d'air 100.

Dans le groupe de conditionnement d'air 200 de la figure 2, le ventilateur 241 n'est pas disposé sur l'arbre rotatif 244 du turbocompresseur motorisé (242, 243, 245). Dans la mise en œuvre particulière de la figure 2, le ventilateur 241 est disposé sur un autre arbre rotatif 247 disjoint de l'arbre rotatif 244 du turbocompresseur motorisé (242, 243, 245). Ainsi, dans la figure 2, le ventilateur 241 ne fait plus partie de l'ACM 240.

Dans l’exemple de la figure 2, l’arbre rotatif 247 est configuré pour être entraîné par un moteur électrique 248 disposé sur l’arbre rotatif 247 et qui est configuré pour alimenter le ventilateur 241. Par exemple, le moteur électrique 248 est un moteur synchrone à aimant permanent. Dans une mise en œuvre particulière, le moteur électrique 248 présente une puissance électrique supérieure à 3 kW, le cas échéant entre 4 et 5 kW. Dans une autre mise en œuvre, l’unité de commande 246 telle que décrit plus haut, est également utilisée pour commander le moteur électrique 248 du ventilateur 241. Dans ce cas, on peut utiliser un dispositif de commutation connu, tel un commutateur pour que l’unité de commande 246 commande le moteur électrique 245 lorsque le groupe de conditionnement d'air 200 en a besoin ou seulement le moteur électrique 248 du ventilateur 241 lorsque l'ACM 240 n’en a pas besoin, comme indiqué plus haut.

Enfin, le groupe de conditionnement d'air 200 comprend également un arrangement classique avec un clapet anti-retour 249 disposé dans le circuit de recirculation d'air extérieur 233 qui permet soit, l'utilisation de l'air extérieur dynamique en vol, soit l’utilisation du ventilateur 241 au sol, pour refroidir l'échangeur thermique 230. L'architecture du système de la figure 2 présente donc un ventilateur électrique (241, 248) ne faisant plus partie de l’ACM 240 et n'étant donc plus alimenté mécaniquement via l'arbre commun 244 de l’ACM 240 comme c’était le cas dans le groupe de conditionnement d'air 100 de la figure 1. De préférence, le ventilateur électrique (241, 248) de la figure 2, est apte à faire circuler de l'air à une température de l'ordre de 150°C. Cette caractéristique le distingue des ventilateurs électriques de recirculation ou d'extraction cabine qui disposent d'une puissance plus faible allant de 1 à 5 kW et ne pouvant faire circuler de l'air à une température de moins de 70° C. L'architecture de la figure 2 présente comme avantage de pouvoir fonctionner au sol en mode de refroidissement à basse puissance (en anglais, "low cooling power") sans groupe APU 270, uniquement avec le compresseur motorisé (242, 246). Dans ce cas, l'alimentation du compresseur motorisé (242, 246) et du ventilateur 241 pourrait se faire à partir d'un groupe électrique de parc. Cette solution permettrait de réduire les émissions polluantes et acoustiques sur le tarmac.

La figure 3 illustre une amélioration du système de la figure 1, comprenant un groupe de conditionnement d'air 300, selon un deuxième mode de réalisation. Dans le groupe de conditionnement d'air 300, les mêmes éléments sont désignés par des références similaires à ceux du groupe de conditionnement d'air 100.

Comme dans le groupe de conditionnement d'air 200 de la figure 2, le ventilateur 341 n'est pas disposé sur l'arbre rotatif 344 du turbocompresseur motorisé (342, 343, 345). Dans la mise en œuvre particulière de la figure 3, le ventilateur 344 est aussi disposé sur un autre arbre rotatif 347 disjoint de l'arbre rotatif 344 du turbocompresseur motorisé (342, 343, 345). Ainsi, comme dans la figure 2, le ventilateur 341 ne fait plus partie de l’ACM 340.

Toutefois, dans l’exemple de la figure 3, l’arbre rotatif 347 est configuré pour être entraîné par une seconde turbine 390 couplée mécaniquement au ventilateur 341 via l’arbre rotatif 347 de façon à entraîner le ventilateur 341.

Dans une première mise en œuvre de l’architecture du système de la figure 3, la turbine 390 est couplée pneumatiquement à l'entrée 110. Dans une deuxième mise en œuvre de l’architecture du système de la figure 3, la turbine 390 est couplée pneumatiquement à l'entrée du compresseur 340. L'architecture de la figure 3 présente donc un turboventilateur (341, 390) ne faisant pas partie de l'ACM 340 et n'étant donc plus alimenté mécaniquement par l'arbre commun 344 de l'ACM 340.

De manière générale, on peut noter que les architectures des figures 2 et 3 présentent comme avantage d'être particulièrement adaptées dans les cas où la dynamique de l'arbre rotatif (244, 344) ne permettrait pas d'intégrer sur un seul arbre commun, une roue turbine, un moteur électrique, une roue compresseur et une roue ventilateur. Ainsi, en retirant la fonction de ventilateur de l'ACM (240, 340), on peut contourner cet éventuel problème de dynamique d'arbre. Cette solution a également l'avantage de permettre le fonctionnement du ventilateur à sa vitesse optimale et donc d'améliorer son rendement.

La présente invention permet de proposer un système comprenant un groupe de conditionnement d’air qui se fonde sur le prélèvement d'air à partir d'un seul port de prélèvement sans toutefois nécessiter l'ajout d'un compresseur auxiliaire pour assurer le fonctionnement du groupe de conditionnement d’air lors des phases de vol où le régime moteur de l'avion est faible, comme c’est le cas dans l’art antérieur connu. Cet agencement particulier permet d'envisager la réduction, voire la suppression du pré-refroidisseur de l'avion (en anglais, precooler) qui a pour fonction d'assurer le refroidissement de l'air prélevé avant de l'envoyer, notamment, vers le groupe de conditionnement d’air et/ou le système de dégivrage voilure. La réduction du pré-refroidisseur est particulièrement avantageuse pour les avions volant à plus de 25000 pieds, car il ne sera plus nécessaire de refroidir l’air prélevé sur le port HP. Par contre, pour les avions volant jusqu’à 25 000 pieds, il est possible de supprimer le PCE. Un autre avantage que présente l’invention réside dans le refroidissement de l’unité de commande (146,246, 346) qui peut être réalisé par de l’air de sortie de cabine 10. En effet, contrairement à un groupe de conditionnement d’air tout électrique, il n’est pas nécessaire d’utiliser une boucle liquide pour refroidir la chaleur dissipée par l’électronique de puissance requise pour son fonctionnement. En effet, comme expliqué plus haut, dans le cadre de l’invention, l’électronique de puissance utilisée n’occasionne pas une consommation électrique comparable à celle qui est générée par le groupe de conditionnement d’air tout électrique.

Le système comprenant le groupe de conditionnement d'air (100, 200, 300) tel que décrit ci-dessus peut en particulier, trouver des applications sur toutes les gammes de l'aviation régionale telle que les turbopropulseurs ou encore les avions utilisant un dégivrage voilure totalement électrique ne nécessitant pas de prélèvement d'air sur les étages de compression des moteurs de l'avion.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférée et aux variantes de réalisation présentées ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Par exemple, il est également d'utiliser l'invention dans un avion plusieurs groupes de conditionnements d'air. De plus, l'homme du métier notera que toutes les valeurs de puissance et de débit fournies dans la description ainsi que dans les revendications sont valables pour un avion de cent passagers. Toutefois, il est envisagé que l’homme du métier sera capable d’extrapoler ces valeurs pour d’autres capacités du nombre de passagers d'un aéronef particulier.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système comprenant un groupe de conditionnement d’air (100, 200, 300) pour une cabine d'un aéronef, l'aéronef étant agencé de sorte le prélèvement d'air est dimensionné pour seulement alimenter le groupe de conditionnement d'air, le groupe de conditionnement d'air comprenant une machine à cycle à air (ACM, 140), l’ACM comprenant une turbine de détente (143, 243, 343) et un compresseur (142, 242, 342), la turbine étant couplée mécaniquement au compresseur via un premier arbre rotatif (144, 244, 344) de façon à entraîner le compresseur, le système étant caractérisé par : - un port unique prévu pour prélever de l’air sur au moins l’un des moteurs de l’aéronef de manière à alimenter une entrée d'air (110, 210, 310) du groupe de conditionnement d'air, l’air prélevé présentant au moins une caractéristique fluidique le rendant apte à alimenter le groupe de conditionnement d'air lorsque l’aéronef est en phase de montée ou de croisière ; - au moins un capteur de mesure (160, 260, 360) prévu pour mesurer la caractéristique fluidique de l’air pénétrant dans l’entrée du groupe de conditionnement d'air ; - l’ACM comprenant en outre un premier moteur électrique (145, 245, 345) couplé au premier arbre rotatif ; - une unité de commande (146, 246, 346) couplée au capteur de mesure et au premier moteur électrique, l’unité de commande étant configurée pour commander le fonctionnement du premier moteur électrique, lorsque la mesure de la caractéristique fluidique est inférieure à un seuil prédéterminé, de sorte que la rotation du premier arbre est accélérée afin que l’air en sortie du compresseur ou en entrée de la turbine présente, une caractéristique fluidique le rendant apte à alimenter la cabine lorsque l’aéronef est en phase de vol de roulage, descente ou d'attente; et, caractérisé en ce que le système est agencé de sorte que de l'air de refroidissement provenant de l'intérieur et/ou de l'extérieur de l'aéronef arrive sur l'unité de commande.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel, - l'aéronef comprend un turbopropulseur, et - l'air de refroidissement provient d'une sortie d'air de la cabine de l'aéronef et/ou d'une entrée d'air extérieur de l'aéronef.
3. Système selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le premier moteur électrique présente une puissance électrique inférieure à 30 kW, le cas échéant entre 10 et 20 kW.
4. Système selon l’une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, dans lequel la caractéristique fluidique de l’air est choisie parmi : une pression et un débit et dans lequel le seuil prédéterminé est de l’ordre de 18 psia ou de 0,30 kg/s lorsque, respectivement, la caractéristique fluidique est une pression ou un débit.
5. Système selon l’une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, comprenant en outre un ventilateur (141, 241, 341) disposé sur un deuxième arbre rotatif (247, 347) disjoint du premier arbre rotatif.
6. Système selon la revendication 5, dans lequel le second arbre est prévu pour être entraîné par un second moteur électrique (248) disposé sur le deuxième arbre et configuré pour alimenter le ventilateur.
7. Système selon la revendication 6, dans lequel le second moteur électrique présente une puissance électrique supérieure à 3 kW, le cas échéant entre 4 et 5 kW.
8. Système selon la revendication 5, dans lequel le second arbre est prévu pour être entraîné par une seconde turbine (390) couplée mécaniquement au ventilateur via le second arbre de façon à entraîner le ventilateur.
9. Système selon la revendication 8, dans lequel la seconde turbine est couplée pneumatiquement à l'entrée du compresseur.
10. Système selon la revendication 8, dans lequel la seconde turbine est couplée pneumatiquement à l'entrée du groupe de conditionnement d'air (110, 210,310).