FR3056558A1 - METHOD FOR OPTIMIZING THE OPERABILITY OF THE MOTORIZATION OF AN AIRCRAFT - Google Patents
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Abstract
Procédé d'optimisation de l'opérabilité de la motorisation d'un aéronef, pour répondre à une augmentation de prélèvements mécaniques sur un compresseur HP d'un générateur de gaz (10) assurant la motorisation dudit aéronef, consistant à délivrer pendant des phases transitoires d'accélération dudit générateur de gaz, une partie ou la totalité de l'énergie non propulsive (Enp) depuis une source de stockage d'énergie électrique (14).A method for optimizing the operability of the engine of an aircraft, in response to an increase in mechanical sampling on an HP compressor of a gas generator (10) providing the engine of said aircraft, to deliver during transient phases accelerating said gas generator, a part or all of the non-propulsive energy (Enp) from an electrical energy storage source (14).
Description
© N° de publication : 3 056 558 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)© Publication no .: 3,056,558 (to be used only for reproduction orders)
©) N° d’enregistrement national : 16 59023 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE©) National registration number: 16 59023 ® FRENCH REPUBLIC
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COURBEVOIE © Int Cl8 : B 64 D 41/00 (2017.01), F 02 C 6/18, 7/32COURBEVOIE © Int Cl 8 : B 64 D 41/00 (2017.01), F 02 C 6/18, 7/32
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
154) PROCEDE D'OPTIMISATION DE L'OPERABILITE DE LA MOTORISATION D'UN AERONEF.154) METHOD FOR OPTIMIZING THE OPERABILITY OF THE ENGINE OF AN AIRCRAFT.
tuy) Procédé d'optimisation de l'opérabilité de la motorisation d'un aéronef, pour répondre à une augmentation de prélèvements mécaniques sur un compresseur HP d'un générateur de gaz (10) assurant la motorisation dudit aéronef, consistant à délivrer pendant des phases transitoires d'accélération dudit générateur de gaz, une partie ou la totalité de l'énergie non propulsive (Enp) depuis une source de stockage d'énergie électrique (14).tuy) Method for optimizing the operability of the engine of an aircraft, in response to an increase in mechanical levies on an HP compressor of a gas generator (10) ensuring the engine of said aircraft, consisting of delivering for transient phases of acceleration of said gas generator, part or all of the non-propulsive energy (Enp) from an electrical energy storage source (14).
FR 3 056 558 - A1FR 3 056 558 - A1
Arrière-plan de l'inventionInvention background
L'invention concerne un procédé d'optimisation de l'opérabilité de la motorisation d'un aéronef, ainsi qu'une turbomachine et d'une chaîne de puissance électrique aptes à mettre en œuvre un tel procédé.The invention relates to a method for optimizing the operability of the engine of an aircraft, as well as a turbomachine and an electric power chain capable of implementing such a method.
L'invention s'applique à la motorisation des aéronefs, c'est-à-dire essentiellement aussi bien à la motorisation d’avions (réacteurs, turboréacteurs, turbopropulseurs), qu'à la motorisation d'hélicoptères (turbomoteur).The invention applies to the motorization of aircraft, that is to say essentially as well to the motorization of airplanes (reactors, turbojets, turbopropellers), as to the motorization of helicopters (turboshaft).
Un moteur d'aéronef comporte classiquement, et de manière simplifiée, un ensemble de compresseur-chambre de combustion-turbine formant un générateur de gaz. Après leur combustion, les gaz chauds sont détendus dans la turbine qui entraîne mécaniquement le compresseur via un arbre haute pression (HP en abrégé), et fournissent ainsi l'énergie propulsive sous la forme de poussée soit directement (dans les réacteurs d'avion) soit indirectement via un corps basse pression BP (dans les turboréacteurs à soufflante ou les turbopropulseurs à hélice) soit encore via une boîte de transmission de puissance (BTP en abrégé) à la voilure tournante d'un hélicoptère. Comme l'illustre la figure 6, dans un ensemble bimoteur, chaque moteur principal 1, 2 fournit, à égalité dans les conditions nominales, de l’énergie propulsive Ep pour la poussée 3 et de l’énergie non propulsive Enp pour alimenter les équipements 4 électriques et hydrauliques (dégivrage, pompes, etc...) via les générateurs des démarreurs/générateurs 5, 6 associés à chaque moteur principal.An aircraft engine conventionally comprises, and in a simplified manner, a set of compressor-combustion chamber-turbine forming a gas generator. After combustion, the hot gases are expanded in the turbine which mechanically drives the compressor via a high pressure shaft (HP for short), and thus provide propellant energy in the form of thrust either directly (in aircraft reactors) either indirectly via a low pressure BP body (in blower turbojets or propeller turbopropellers) or even via a power transmission box (BTP for short) to the rotary wing of a helicopter. As illustrated in FIG. 6, in a twin-engine assembly, each main motor 1, 2 provides, equally under the nominal conditions, propellant energy Ep for the thrust 3 and non-propellant energy Enp for supplying the equipment 4 electric and hydraulic (defrost, pumps, etc ...) via the generators of the starters / generators 5, 6 associated with each main engine.
Les débits d’air dans le compresseur et la turbine peuvent entraîner, dans certaines conditions de fonctionnement, le phénomène à proscrire dans le domaine aéronautique dit de pompage du compresseur qui fait remonter les gaz chauds du générateur de gaz vers l’entrée d’air du compresseur et peut conduire aux conséquences les plus graves (chute brutale de la portance, inversion de poussée, ruptures des pales, destruction du moteur). Il est donc nécessaire de garder de la marge au pompage pour permettre une accélération du compresseur HP lorsqu'une augmentation de la poussée ou de la puissance est commandée et une remise des gaz est demandée en fonction des circonstances du vol. C'est par exemple le cas en régime de panne d'un moteur (en abrégé OEI pour «One Engine Inoperative») dans les architectures bimoteur.The air flows in the compressor and the turbine can lead, under certain operating conditions, to the phenomenon to be avoided in the aeronautical field called pumping of the compressor which brings up the hot gases from the gas generator towards the air inlet of the compressor and can lead to the most serious consequences (sudden fall in lift, reverse thrust, broken blades, destruction of the engine). It is therefore necessary to keep margin during pumping to allow acceleration of the HP compressor when an increase in thrust or power is ordered and a go-around is requested depending on the circumstances of the flight. This is for example the case in engine failure regime (abbreviated as OEI for “One Engine Inoperative”) in twin-engine architectures.
Une ligne de pompage peut donc être tracée pour chaque phase de vol en fonction du rapport de pression d'entrée/sortie d'air et du débit d'air. La ligne de fonctionnement du moteur doit rester en dessous de cette ligne de pompage pour éviter en particulier toute perte de poussée. L'écart entre la ligne de fonctionnement et la ligne de pompage, appelé marge au pompage, se réduit lorsque la vitesse de l'arbre HP est faible.A pumping line can therefore be drawn for each flight phase as a function of the air inlet / outlet pressure ratio and the air flow rate. The engine operating line must remain below this pumping line to avoid in particular any loss of thrust. The difference between the operating line and the pumping line, called the pumping margin, is reduced when the speed of the HP shaft is low.
La marge au pompage est d'autant plus réduite que des prélèvements mécaniques sur le compresseur HP sont effectués pour alimenter les équipements. Contrairement aux prélèvements mécaniques, les prélèvements pneumatiques (bleed) baissent la ligne de fonctionnement et donc augmentent la marge au pompage. Si ces prélèvements pneumatiques sont remplacés par des prélèvements mécaniques, la réduction de la marge de pompage devient plus contraignante. De manière générale, l'importance des demandes de prélèvements mécaniques dont la tendance actuelle est à l'augmentation, limitent les capacités d’accélération des moteurs pendant les phases transitoires des moteurs recouvrant plus particulièrement les phases d'accélération, les cas de panne et le fonctionnement en mode ralenti, et en conséquence réduisent l’opérabilité de la turbomachine. Pour obtenir les accélérations souhaitées, il est donc d'usage d'augmenter la marge au pompage par une ligne de fonctionnement plus basse, ce qui affecte sensiblement le rendement global de la turbomachine.The pumping margin is all the more reduced as mechanical samples are taken from the HP compressor to supply the equipment. Unlike mechanical samples, pneumatic samples (bleed) lower the operating line and therefore increase the pumping margin. If these pneumatic samples are replaced by mechanical samples, the reduction in the pumping margin becomes more restrictive. In general, the importance of requests for mechanical samples, the current trend of which is increasing, limits the acceleration capacities of the motors during the transient phases of the motors, more particularly covering the acceleration phases, breakdowns and the operation in idle mode, and consequently reduce the operability of the turbomachine. To obtain the desired accelerations, it is therefore customary to increase the pumping margin by a lower operating line, which appreciably affects the overall efficiency of the turbomachine.
Aussi, il est connu par la demande FR2964087 de fournir la totalité de l'énergie non propulsive et notamment un apport de puissance supplémentaire pendant ces phases transitoires, par une source supplémentaire de puissance non directement propulsive comme un groupe de puissance du type groupe auxiliaire de puissance (ou APU). En application hélicoptère, en cas de panne d'un premier moteur, ce groupe de puissance de classe moteur fournit, en liaison avec le démarreur électrique du second moteur restant, la puissance électrique sur l'arbre HP de ce second moteur pour qu'il puisse disposer d'une capacité d'accélération telle que sa marge au pompage soit suffisante.Also, it is known from the request FR2964087 to supply all of the non-propulsive energy and in particular an additional power supply during these transient phases, by an additional source of non-directly propulsive power such as a power group of the auxiliary group type. power (or APU). In helicopter application, in the event of a failure of a first engine, this engine class power group supplies, in conjunction with the electric starter of the second remaining engine, the electrical power on the HP shaft of this second engine so that it can have an acceleration capacity such that its margin on pumping is sufficient.
Cette solution, qui nécessite le recours à un générateur de gaz qui fournit la totalité de l'énergie non-propulsive pendant le vol, est toutefois contraignante. Le dimensionnement d'une telle architecture compte tenu des altitudes de vol de certains aéronefs (jusqu'à 51kft) rend l'équipement groupe de puissance très lourd par rapport au besoin initial d'un APU. Les contraintes de sécurité portées par cet équipement, même de classe moteur, notamment dans la fourniture des puissances nécessaires aux commandes de vol et calculateurs obligent le concepteur à prendre en compte un prélèvement mécanique sur les turbomachines en cas de panne du groupe de puissance. Un autre point bloquant est le temps de réponse lent d'un tel groupe de puissance thermique par rapport aux besoins d'opérabilité d'une turbomachine en OEI ou pour un besoin d'accélération en urgence.This solution, which requires the use of a gas generator which supplies all of the non-propulsive energy during the flight, is however restrictive. The dimensioning of such an architecture taking into account the flight altitudes of certain aircraft (up to 51kft) makes the power group equipment very heavy compared to the initial need for an APU. The safety constraints borne by this equipment, even of engine class, in particular in the supply of the powers necessary for flight controls and computers oblige the designer to take into account a mechanical levy on the turbomachines in the event of a power unit failure. Another blocking point is the slow response time of such a thermal power group in relation to the operability needs of a turbomachine in OEI or for an emergency acceleration need.
Il existe donc encore un besoin pour une solution plus appropriée.There is therefore still a need for a more suitable solution.
Objet et résumé de l'inventionSubject and summary of the invention
La présente invention pallie ces inconvénients en proposant un procédé d'optimisation de l'opérabilité de la motorisation d’un aéronef pour répondre à une augmentation de prélèvements mécaniques sur un compresseur HP d'un générateur de gaz assurant ladite motorisation dudit aéronef, caractérisé en ce qu'il consiste à délivrer, pendant des phases transitoires d'accélération du générateur de gaz, une partie ou la totalité de l'énergie non propulsive Enp depuis une source de stockage d'énergie électrique.The present invention overcomes these drawbacks by proposing a method for optimizing the operability of the engine of an aircraft in order to respond to an increase in mechanical levies on an HP compressor of a gas generator ensuring said engine of said aircraft, characterized in what it consists of delivering, during transient acceleration phases of the gas generator, part or all of the non-propulsive energy Enp from an electrical energy storage source.
Le recours à une source de stockage d'énergie électrique permet au contraire du générateur de gaz de l'art antérieur une gestion simplifiée des conditions d'opérabilité en cas de demande d'accélération et un meilleur temps de réponse. Au contraire du générateur de gaz, pour que la source de stockage d'énergie électrique ne soit pas conséquente, l'apport de d'énergie et de puissance non-propulsive ne s'effectue que lors des phases transitoires.The use of an electrical energy storage source allows the gas generator of the prior art, on the contrary, simplified management of the operability conditions in the event of an acceleration request and a better response time. Unlike the gas generator, so that the source of electrical energy storage is not substantial, the supply of energy and non-propulsive power is carried out only during the transient phases.
L'invention permettrait également de supprimer les vannes de décharges transitoires ou TBV (Transient Bleed Valves) du compresseur HP qui permettait de baisser la ligne de fonctionnement de la turbomachine pour regagner en opérabilité sur des accélérations ou lors des démarrages.The invention would also make it possible to eliminate the transient discharge valves or TBV (Transient Bleed Valves) of the HP compressor which made it possible to lower the operating line of the turbomachine to regain operability on accelerations or during starts.
De préférence, le procédé d'optimisation selon l'invention consiste en outre, à l'aide d'une machine électrique réversible couplée audit générateur de gaz et reliée sélectivement à ladite source de stockage d'énergie électrique, à fournir une puissance d'énergie propulsive supplémentaire kEp sur ledit compresseur HP.Preferably, the optimization method according to the invention further consists, using a reversible electric machine coupled to said gas generator and selectively connected to said source of electrical energy storage, to supply a power of additional propulsive energy kEp on said HP compressor.
L'invention concerne également un système propulsif d'aéronef comprenant au moins une turbomachine équipée d'un générateur de gaz comportant un compresseur HP, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une machine électrique réversible couplée audit générateur de gaz et reliée sélectivement à une source de stockage d'énergie électrique pour délivrer, pendant des phases transitoires d'accélération du générateur de gaz, une partie ou la totalité de l’énergie non propulsive Enp ou fournir une puissance d'énergie propulsive supplémentaire kEp sur ledit compresseur HP.The invention also relates to an aircraft propulsion system comprising at least one turbomachine equipped with a gas generator comprising an HP compressor, characterized in that it further comprises a reversible electric machine coupled to said gas generator and selectively connected to an electrical energy storage source for delivering, during transient acceleration phases of the gas generator, part or all of the non-propulsive energy Enp or supplying an additional propulsive power power kEp to said HP compressor.
De préférence, ladite source de stockage d'énergie électrique est constituée par un ensemble de batteries, des super condensateurs ou des condensateurs hybrides.Preferably, said electrical energy storage source consists of a set of batteries, super capacitors or hybrid capacitors.
Avantageusement, ladite machine électrique réversible est reliée à ladite source de stockage d'énergie électrique par un convertisseur AC/DC réversible et un convertisseur DC/DC via au moins un contacteur électrique commandé.Advantageously, said reversible electric machine is connected to said source of electrical energy storage by a reversible AC / DC converter and a DC / DC converter via at least one controlled electrical contactor.
De préférence, ledit au moins un contacteur électrique est commandé de façon sélective pour délivrer, pendant des phases transitoires d'accélération du générateur de gaz, une partie ou la totalité de l'énergie non propulsive Enp ou fournir une puissance d'énergie propulsive supplémentaire kEp sur ledit compresseur HP.Preferably, said at least one electrical contactor is selectively controlled to deliver, during transient phases of acceleration of the gas generator, part or all of the non-propulsive energy Enp or provide additional propulsive energy power kEp on said HP compressor.
Lorsque le système propulsif d'aéronef comporte deux turbomachines équipées chacune d'un générateur de gaz comportant un compresseur HP, il comporte en outre une source de stockage d'énergie électrique pour délivrer, pendant des phases transitoires d'accélération du générateur de gaz, une partie ou la totalité de l'énergie non propulsive Enp ou fournir une puissance d'énergie propulsive supplémentaire kEp sur ledit compresseur HP via une machine électrique réversible couplée à au moins un générateur de gaz d'une des deux turbomachines.When the aircraft propulsion system comprises two turbomachines each equipped with a gas generator comprising an HP compressor, it further comprises a source of electrical energy storage for delivering, during transient phases of acceleration of the gas generator, part or all of the non-propulsive energy Enp or supplying additional propulsive energy power kEp on said HP compressor via a reversible electric machine coupled to at least one gas generator from one of the two turbomachines.
De préférence, il peut alors comporter deux machines électriques réversibles chacune couplée à un générateur de gaz et reliée sélectivement à ladite source de stockage d'énergie électrique.Preferably, it can then comprise two reversible electrical machines each coupled to a gas generator and selectively connected to said source of electrical energy storage.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :The characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly from the following description, given by way of non-limiting illustration, with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 est un graphe montrant les variations de la ligne de fonctionnement d'un moteur d'aéronef pour une phase de vol donnée,FIG. 1 is a graph showing the variations of the operating line of an aircraft engine for a given flight phase,
- les figures 2A et 2B sont deux vues schématiques de l'architecture propulsive d'un aéronef respectivement monomoteur et bimoteur mettant en œuvre le procédé d'optimisation conforme à l'invention,FIGS. 2A and 2B are two schematic views of the propulsive architecture of a single-engine and twin-engine aircraft respectively implementing the optimization method according to the invention,
- les figures 3 à 5 sont des schémas montrant le fonctionnement de l'architecture de la figure 2B pour différents modes de génération de l'énergie non propulsive de l’aéronef, etFIGS. 3 to 5 are diagrams showing the operation of the architecture of FIG. 2B for different modes of generation of the non-propulsive energy of the aircraft, and
- la figure 6 est une vue schématique d'une architecture propulsive d'aéronef de l'art antérieur.- Figure 6 is a schematic view of an aircraft propulsion architecture of the prior art.
Description détaillée d'un mode de réalisationDetailed description of an embodiment
En référence à la figure 1, le graphe des variations de la ligne de fonctionnement LF d'un moteur d'aéronef est représenté dans un référentiel de rapport de pressions d'air P/P en fonction du débit d'air corrigé D pour une phase de vol donnée. Le débit d'air est dit corrigé pour permettre une représentation graphique significative intégrant les influences des différents paramètres intervenant. Une ligne de pompage LP et les lignes de fonctionnement LF, LFI et LF2 du moteur sont reportées dans ce référentiel. La ligne de fonctionnement LF reste en dessous de cette ligne de pompage LP pour éviter toute perte de poussée. La marge au pompage MP représentant l'écart entre la ligne de fonctionnement et la ligne de pompage diminue avec la vitesse de l'arbre HP du moteur, par exemple entre la vitesse maximale NM et la vitesse de ralenti NR autorisées pour cette phase de vol.With reference to FIG. 1, the graph of the variations of the operating line LF of an aircraft engine is represented in a reference frame of air pressure ratio P / P as a function of the corrected air flow rate D for a given flight phase. The air flow is said to be corrected to allow a significant graphical representation integrating the influences of the various parameters involved. A pumping line LP and the operating lines LF, LFI and LF2 of the motor are reported in this standard. The operating line LF remains below this pumping line LP to avoid any loss of thrust. The pumping margin MP representing the difference between the operating line and the pumping line decreases with the speed of the motor HP shaft, for example between the maximum speed N M and the idling speed N R authorized for this phase flight.
Une marge au pompage réduite augmente le rendement du moteur mais peut comporter des risques de pompage si la ligne de fonctionnement se rapproche trop près de la ligne de pompage. Par exemple, lors d'une accélération à partir de la vitesse de ralenti NR, les points de fonctionnement en transitoire décrivent sur le graphe la ligne de fonctionnement LFI de NR à NM. La diminution de marge au pompage MP le long de cette ligne LFI est due à l'injection de carburant dans la chambre de combustion nécessaire à l'accélération de l'arbre HP. Des prélèvements mécaniques sur l'arbre HP pour alimenter des équipements (flèche PM) réduisent également la marge au pompage. Des remises de gaz lors d’accélérations sont alors délicates à gérer. Par ailleurs, les prélèvements d'air (flèche PA) par exemple au niveau du compresseur du moteur, pour fournir de l'énergie à d'autres équipements (dégivrage, conditionnement d'air de la cabine, etc.) augmentent la marge au pompage. La ligne de fonctionnement passe alors de la ligne LF à la ligne LF2, ce passage entraînant une perte de rendement à débit constant.A reduced pumping margin increases the efficiency of the motor but can involve risks of pumping if the operating line gets too close to the pumping line. For example, during an acceleration from the idling speed N R , the transient operating points describe on the graph the operating line LFI from N R to N M. The decrease in pumping margin MP along this line LFI is due to the injection of fuel into the combustion chamber necessary for the acceleration of the HP shaft. Mechanical samples from the HP shaft to supply equipment (PM arrow) also reduce the pumping margin. Go-arounds during accelerations are therefore difficult to manage. In addition, air samples (arrow PA) for example at the engine compressor, to provide energy to other equipment (defrosting, cabin air conditioning, etc.) increase the margin at pumping. The operating line then passes from line LF to line LF2, this passage resulting in a loss of efficiency at constant flow.
Selon l'invention et comme l'illustrent les architectures des figures 2A et 2B, une opérabilité optimisée en termes de capacité d’accélération maximalisée est obtenue en substituant une machine électrique réversible 10 ;10A, 10B au classique démarreur/générateur couplé à l'unique générateur de gaz 12 (configuration monomoteur de la figure 2A) ou à chacun des deux générateurs de gaz 12A, 12B (configuration bimoteur de la figure 2A) et en y ajoutant une source de stockage d'énergie électrique 14 associée à un ou plusieurs modules d'électronique de puissance 16 et reliées sélectivement à la ou les machines électriques réversibles.According to the invention and as illustrated by the architectures of FIGS. 2A and 2B, an optimized operability in terms of maximum acceleration capacity is obtained by substituting a reversible electric machine 10; 10A, 10B for the conventional starter / generator coupled to the single gas generator 12 (single-engine configuration of FIG. 2A) or to each of the two gas generators 12A, 12B (twin-engine configuration of FIG. 2A) and by adding a source of electrical energy storage 14 associated with one or more power electronics modules 16 and selectively connected to the reversible electrical machine or machines.
La source de stockage d'énergie électrique 14 peut être constituée par un ensemble de batteries, des super condensateurs ou des condensateurs hybrides.The electrical energy storage source 14 can consist of a set of batteries, super capacitors or hybrid capacitors.
Le module d'électronique de puissance comporte un convertisseur AC/DC réversible 20 dont l'entrée est reliée à la machine électrique réversible et un convertisseur DC/DC 22 dont l'entrée est reliée à la source de stockage électrique, les sorties respectives du convertisseur AC/DC réversible et du convertisseur DC/DC délivrant l'énergie non propulsive Enp via respectivement un contacteur Kl, K2 commandé depuis une unité de commande 24. En configuration bimoteur, à chaque machine électrique réversible 10A, 10B sont associés un convertisseur AC/DC réversible 20A, 20B et un contacteur commandé K1A, K1B.The power electronics module comprises a reversible AC / DC converter 20 whose input is connected to the reversible electrical machine and a DC / DC converter 22 whose input is connected to the electrical storage source, the respective outputs of the reversible AC / DC converter and of the DC / DC converter delivering non-propulsive energy Enp respectively via a contactor K1, K2 controlled from a control unit 24. In twin-engine configuration, each AC reversible machine 10A, 10B is associated with an AC converter / DC reversible 20A, 20B and a contactor controlled K1A, K1B.
La diminution voire l'annulation des prélèvements mécaniques en phase transitoire associée notamment à un apport supplémentaire de puissance, augmente le taux d'accélération du compresseur HP, en conservant la marge au pompage des moteurs principaux dans une phase de vol où cette marge serait au minimum avec la totalité des prélèvements mécaniques et sans l'apport de cette puissance supplémentaire, avec une ligne de fonctionnement au plus près du pompage. La source de stockage d'énergie électrique permet ainsi de fournir des énergies non propulsives pendant les temps d'accélération, qui sont très brefs (moins de 10 secondes) et donc de dé-contraindre la turbomachine par rapport aux prélèvements mécaniques sur ces phases transitoires.The reduction or even the cancellation of mechanical levies in the transient phase, associated in particular with an additional supply of power, increases the acceleration rate of the HP compressor, while retaining the margin for pumping the main engines in a flight phase where this margin would be at minimum with all mechanical samples and without the addition of this additional power, with an operating line as close as possible to pumping. The electrical energy storage source thus makes it possible to supply non-propulsive energies during the acceleration times, which are very brief (less than 10 seconds) and therefore to de-constrain the turbomachine with respect to mechanical samples on these transient phases. .
On décrira maintenant en référence aux figures 3 à 5 différents modes de fonctionnement de l'architecture précédente. Sur ces figures, les éléments non actifs de l'architecture sont représentés en pointillés tandis que les éléments actifs sont représentés en traits forts, les flèches en traits normaux illustrant le sens de transfert de l'énergie non propulsive Enp de sa source à son utilisation.We will now describe with reference to Figures 3 to 5 different operating modes of the previous architecture. In these figures, the non-active elements of the architecture are represented in dotted lines while the active elements are represented in strong lines, the arrows in normal lines illustrating the direction of transfer of the non-propulsive energy Enp from its source to its use. .
Dans la configuration bimoteur de la figure 3, l'énergie non propulsive Enp est fournie par moitié depuis chacune des machines électriques réversibles 10A, 10B qui fonctionnent alors toutes deux en mode génératrice. Les deux machines électriques peuvent être utilisées en simultané ou en recouvrement l'une par rapport à l'autre pour chaque générateur de gaz. Dès lors, la machine qui n'est pas utilisée en continue peut, en cas de besoin, être couplée rapidement grâce à une roue libre ou un crabot (non représentés). L'unité de commande 24 commande les contacteurs de sorte que les contacteurs K1A et K1B soient fermés et que le contacteur K2 soit ouvert.In the twin-engine configuration of FIG. 3, the non-propulsive energy Enp is supplied in half from each of the reversible electric machines 10A, 10B which then both operate in generator mode. The two electric machines can be used simultaneously or overlapping with each other for each gas generator. Therefore, the machine which is not used continuously can, if necessary, be quickly coupled by means of a freewheel or a dog clutch (not shown). The control unit 24 controls the contactors so that the contactors K1A and K1B are closed and the contactor K2 is open.
Dans la configuration de la figure 4 correspondant à une demande d'accélération, la ou les machines électriques réversibles étant pilotées jusqu'à un couple nul pour restituer la marge d'opérabilité nécessaire, l'énergie non propulsive Enp est fournie en totalité par la source de stockage d'énergie électrique 14. L'unité de commande 24 commande les contacteurs de sorte que les contacteurs K1A et K1B soient ouverts et que le contacteur K2 soit fermé.In the configuration of FIG. 4 corresponding to a request for acceleration, the reversible electrical machine or machines being controlled to zero torque to restore the margin of operability required, the non-propulsive energy Enp is supplied entirely by the electric energy storage source 14. The control unit 24 controls the contactors so that the contactors K1A and K1B are open and the contactor K2 is closed.
Dans la configuration de la figure 5 correspondant en outre à une demande de poussée supplémentaire, la source de stockage d'énergie électrique 14 qui fournit déjà la totalité de l'énergie non propulsive Enp va fournir un surplus de puissance kEp aux machines électriques réversibles (par exemple 10B) fonctionnant alors en mode motrice pour injecter de la puissance mécanique sur l'arbre HP du générateur de gaz (en l'espèce 12B) de façon à limiter la migration du point de fonctionnement et de garder une marge au pompage. L'unité de commande 24 commande les contacteurs de sorte que le contacteur K2 soit fermé, de même que l'un des contacteurs K1A et K1B (celui destiné à alimenter la machine électrique réversible choisie), l'autre de ces deux contacteurs étant ouvert.In the configuration of FIG. 5, further corresponding to a request for additional thrust, the electrical energy storage source 14 which already supplies all of the non-propulsive energy Enp will supply a surplus of power kEp to the reversible electrical machines ( for example 10B) then operating in drive mode to inject mechanical power onto the HP shaft of the gas generator (in this case 12B) so as to limit the migration of the operating point and to keep a margin on pumping. The control unit 24 controls the contactors so that the contactor K2 is closed, as well as one of the contactors K1A and K1B (the one intended to supply the selected reversible electric machine), the other of these two contactors being open .
On notera que si les exemples de fonctionnement précédents ont été explicités en regard d'une configuration bimoteur, ils sont bien entendu possibles avec une configuration monomoteur. Toutefois, dans le mode de fonctionnement de la figure 3, l'unique machine électrique réversible fournirait à elle seule la totalité de l'énergie non propulsive Enp.It will be noted that if the previous operating examples have been explained with regard to a twin-engine configuration, they are of course possible with a single-engine configuration. However, in the operating mode of FIG. 3, the single reversible electric machine alone would supply all of the non-propulsive energy Enp.
De même, si les exemples de fonctionnement précédents ont été décrits avec un générateur de gaz couplé à une seule machine électrique, il est possible pour des raisons de sécurité de coupler plus d'une machine électrique à chaque générateur de gaz. En ce cas, au-delà d'une machine électrique réversible par générateur de gaz, le couplage peut être permanent ou transitoire grâce à des roues libres ou des crabots.Similarly, if the previous operating examples have been described with a gas generator coupled to a single electric machine, it is possible for safety reasons to couple more than one electric machine with each gas generator. In this case, beyond a reversible electric machine by gas generator, the coupling can be permanent or transient thanks to freewheels or dogs.
L'invention permet ainsi de fournir un moyen technique de réaliser plusieurs modes de fonctionnement grâce au partage du même module électronique de puissance (ou cœur de distribution électrique 16) entre les différentes sources d'énergie :The invention thus makes it possible to provide a technical means of achieving several operating modes by sharing the same electronic power module (or electrical distribution core 16) between the different energy sources:
- démarrage au sol via la machine électrique réversible et la source de stockage électrique,- ground start via the reversible electric machine and the electric storage source,
- démarrage au sol électrique d'un générateur de gaz via le deuxième générateur de gaz allumé (au moins deux turbomachines), la machine électrique réversible de l'un permettant la génération de puissance électrique et la machine électrique réversible de l'autre permettant le démarrage,- starting on the electric ground of a gas generator via the second ignited gas generator (at least two turbomachines), the reversible electric machine of one allowing the generation of electric power and the reversible electric machine of the other allowing the start-up,
- démarrage en vol et/ou aide à l'accélération via la machine électrique réversible et la source de stockage électrique,- flight start and / or acceleration assistance via the reversible electrical machine and the electrical storage source,
- démarrage en vol électrique et/ou aide à l'accélération d'un générateur de gaz via le deuxième générateur de gaz allumé (au moins deux turbomachines), la machine électrique réversible de l'un permettant la génération de puissance électrique et la machine électrique réversible de l'autre permettant le démarrage.- start in electric flight and / or aid in the acceleration of a gas generator via the second ignited gas generator (at least two turbomachines), the reversible electric machine of one allowing the generation of electric power and the machine electric reversible on the other allowing starting.
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