FR3129435A1 - Ensemble pour aéronef muni d’au moins un système d’actionnement d’inversion de poussée fonctionnant à l’hydrogène. - Google Patents
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Abstract
Aéronef (1a) muni d’au moins un propulseur alimenté en hydrogène par au moins un réservoir d’hydrogène, muni d’au moins un système d’inversion de poussée comprenant au moins un actionneur, caractérisé par le fait que l’aéronef comprend : au moins un moyen de stockage ou d’acheminement de l’hydrogène résiduel du propulseur (9), une pile à combustible disposée dans la source de puissance à hydrogène (2a) et alimentée en hydrogène par le au moins un moyen de stockage de l’hydrogène résiduel (9), etun système d’actionnement d’inversion de poussée à hydrogène (3a) comprenant un contrôleur de système d’actionnement d’inversion de poussée à hydrogène (5a), et une unité de puissance primaire à hydrogène (7a) munie d’une pile à combustible alimentée en hydrogène et alimentant le au moins un actionneur d’inversion de poussée. Figure pour l’abrégé : Fig 2
Description
L’invention a pour domaine technique les inverseurs de poussée pour motorisation d’aéronef, et plus particulièrement de tels inverseurs pour des motorisations d’aéronef fonctionnant à l’hydrogène.
Techniques antérieures
Pour répondre aux défis environnementaux et écologiques auxquels est confrontée l’aviation, plusieurs acteurs mondiaux du secteur s’inscrivent dans la lignée de l’aviation verte zéro émission annonçant des turboréacteurs à hydrogène pour équiper les avions du futur.
Dans ce contexte, il est nécessaire de disposer d’une nouvelle architecture d’un système d’actionnement d’inversion de poussée TRAS (acronyme anglophone pour « Thrust Reverser Actuation System ») s’adaptant à la présence d’hydrogène comme nouvelle source d’énergie.
On rappelle que l’hydrogène présente des caractéristiques très particulières qui doivent être prises en compte pour mieux appréhender son utilisation dans un système d’actionnement d’inversion de poussée TRAS.
Le stockage et la distribution d’hydrogène nécessitent un espace de stockage à peu près quatre fois supérieur à celui du kérosène. L’hydrogène doit être liquéfié à -250°C afin d’abaisser sa masse volumique à basse pression et permettre son intégration aérodynamique au sein d’un aéronef.
Sous cette forme, l’hydrogène ne peut être stocké dans les ailes d’un aéronef, contrairement à ce qui est réalisé couramment pour le stockage du kérosène, pour des raisons aérodynamiques. En d’autres termes, un tel stockage rendrait les ailes rigides et serait à l’origine de problèmes de déformation aéroélastique.
L’hydrogène est généralement employé par l’intermédiaire d’une pile à combustible combinant l’oxygène de l’air avec l’hydrogène afin de former un courant de protons et d’électrons formant par suite un courant électrique et, en résidu, de l’eau. Ce courant permet d’alimenter des machines électriques, et sera notamment exploité comme principale source d’énergie pour entraîner les actionneurs d’un inverseur de poussée.
On rappelle également la structure d’un système d’actionnement d’inversion de poussée telle qu’illustrée par le document FR2990248.
Un dispositif d'inversion de poussée est disposé avec un propulseur, notamment un turboréacteur, dans une nacelle de propulsion.
Le dispositif d'inversion de poussée comprend au moins un élément déplaçable entre une position de fermeture (phase « stow » en terminologie anglo-saxonne) et une position d'ouverture (phase « deploy » en terminologie anglo-saxonne) coopérant en position d'ouverture à la production de l'inversion de poussée.
Dans la position déployée, le dispositif d’inversion de poussée ouvre dans la nacelle un passage destiné au flux d'air dévié et, d'autre part, une position d'escamotage dans laquelle il ferme ce passage.
La réorientation du flux d'air est effectuée par des grilles de déviation, associées à des seconds éléments déplaçables, à savoir des volets d'inversion en amont du capot, le capot n'ayant qu'une simple fonction de coulissage visant à découvrir ou recouvrir ces grilles de déviation, en plus du maintien de la nacelle en position fermée et verrouillée en phase de vol.
Les volets d'inversion, quant à eux, forment des portes de blocage pouvant être activées par le coulissement du capot engendrant une fermeture de la veine de flux froid en aval des grilles, de manière à optimiser la réorientation du flux d'air froid.
Il est à noter que d’autres dispositifs d'inversion de poussée sont connus, notamment un dispositif d'inversion de poussée à portes ou à volets d'inversion en aval du capot de la nacelle auxquels cette invention serait tout à fait applicable également.
Le document FR2990248 décrit également un dispositif de commande d’un système d’actionnement d’inversion de poussée alimenté par un générateur électrique.
On rappelle l’architecture classique d’un système d’actionnement d’inversion de poussée à alimentation électrique ETRAS illustré par la .
Un ensemble pour aéronef 1a est muni d’une source de puissance 2 alimentant un système d’actionnement d’inversion de poussée à alimentation électrique ETRAS référencé 3 et d’un contrôleur électronique, référencé 4. On note que le contrôleur électronique peut se situer coté moteur comme coté avion.
Le système d’actionnement d’inversion de poussée à alimentation électrique ETRAS 3 comprend un contrôleur de système d’actionnement d’inversion de poussée à alimentation électrique ETRAC (« Electrical thrust reverser actuation controller » en langue anglaise), référencé 5.
Le contrôleur ETRAC 5 échange des données et commandes avec le contrôleur électronique 4.
Le contrôleur ETRAC 5 est connecté par ailleurs à un ensemble 6 de moyens, comprenant des moyens de freinage, de verrouillage et de surveillance par l’intermédiaire d’un premier ensemble de connexions, et à une unité de puissance primaire, référencée 7, par un autre ensemble de connexions.
Les deux connexions sont munies de moyens de déconnexion 8.
L’unité de puissance primaire 7 alimente des actionneurs électriques par l’intermédiaire d’une machine électrique tournante.
La machine électrique tournante est un alternateur réversible qui fonctionne soit mode alternateur c'est-à-dire comme générateur électrique et soit mode moteur c'est-à-dire en moteur électrique pour entraîner les organes de manœuvre électromécaniques correspondants via des arbres de transmission.
Les actionneurs électriques permettent de manœuvrer les éléments déplaçables entre leurs positions de fermeture et d'ouverture du dispositif d'inversion de poussée
Il demeure ainsi un problème technique relatif à l’optimisation d’un système d’actionnement d’inversion de poussée TRAS électrique dans un aéronef alimenté principalement par une source de puissance fonctionnant à l’hydrogène.
De l’état de la technique antérieure, on connait le document FR3009544.
Le document FR3009544 décrit une nacelle de propulsion comprenant un système de stockage d’énergie et de conversion de l’énergie générée par les actionneurs lorsqu’ils fonctionnent en freinage, un électrolyseur alimenté par le système de stockage d’énergie et une pile à combustible alimentée en hydrogène et oxygène produits par l’électrolyseur. La nacelle de motorisation ainsi formée est énergétiquement autonome. La spécificité de cette nacelle se trouve dans le fait qu’elle ne comprend pas de moyen de stockage de l’oxygène et de l’hydrogène employés pour alimenter la pile à combustible ou pour stocker ces mêmes gaz générés par l’électrolyseur.
Ainsi, en cas d’interruption de l’alimentation électrique de la nacelle de propulsion, l’alimentation électrique de l’actionneur d’inversion de poussée est également interrompue du fait de l’interruption de l’électrolyse.
Il existe ainsi un besoin pour un système d’actionnement d’inversion de poussée TRAS alimenté par une source de puissance fonctionnant à l’hydrogène, qui soit électriquement indépendante de l’alimentation de l’aéronef.
Un objet de l’invention est un ensemble pour aéronef muni d’au moins un propulseur alimenté en hydrogène par au moins un réservoir d’hydrogène, muni d’au moins un système d’inversion de poussée comprenant au moins un actionneur. L’ensemble pour aéronef comprend :
- une pile à combustible disposée dans une source de puissance à hydrogène et alimentée en hydrogène
- un système d’actionnement d’inversion de poussée à hydrogène comprenant un contrôleur de système d’actionnement d’inversion de poussée à hydrogène, et une unité de puissance primaire à hydrogène munie d’une pile à combustible alimentée en hydrogène et alimentant le au moins un actionneur d’inversion de poussée.
La pile à combustible disposée dans la source de puissance à hydrogène peut être alimentée en hydrogène par le réservoir d’hydrogène.
L’ensemble pour aéronef peut comprendre au moins un moyen de stockage de l’hydrogène résiduel du propulseur alimentant en hydrogène la pile à combustible disposée dans la source de puissance à hydrogène.
L’ensemble pour aéronef peut comprendre un système de centrale de puissance intégrée alimenté par la source de puissance à hydrogène pour les faibles puissances et par l’unité de puissance primaire à hydrogène pour les fortes puissances.
L’alimentation en hydrogène de l’unité de puissance primaire à hydrogène peut transiter par la source de puissance à hydrogène de sorte à bénéficier du au moins un moyen de stockage de l’hydrogène résiduel du propulseur.
L’ensemble pour aéronef peut comprendre une supercapacité chargée lors du vol par l’unité de puissance primaire à hydrogène, permettant d’alimenter les actionneurs d’inversion de poussée, seules ou en combinaison avec la pile à combustible.
L’eau chaude produite par la au moins une des piles à combustibles de la source de puissance à hydrogène ou de l’unité de puissance primaire à hydrogène peut être employée pour des fonctions annexes à l’actionnement d’inversion de poussée.
Un propulseur et le au moins un système d’inversion de poussée correspondant peuvent être disposés dans une nacelle.
L’invention a également pour objet un aéronef comprenant l’ensemble pour aéronef décrit ci-dessus.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- La illustre les principaux éléments d’un système d’actionnement de l’inversion de poussée à alimentation électrique,
- La illustre les principaux éléments d’un système d’actionnement de l’inversion de poussée dans un premier mode réalisation de l’invention, et
- La illustre les principaux éléments d’un système d’actionnement de l’inversion de poussée dans un deuxième mode réalisation de l’invention, et
- La illustre les principaux éléments d’un système d’actionnement de l’inversion de poussée dans un troisième mode réalisation de l’invention.
Claims (9)
- Ensemble pour aéronef (1a) muni d’au moins un propulseur alimenté en hydrogène par au moins un réservoir d’hydrogène, muni d’au moins un système d’inversion de poussée comprenant au moins un actionneur, caractérisé par le fait que l’ensemble pour aéronef comprend :
- une pile à combustible disposée dans une source de puissance à hydrogène (2a) et
- un système d’actionnement d’inversion de poussée à hydrogène (3a) comprenant un contrôleur de système d’actionnement d’inversion de poussée à hydrogène (5a), et une unité de puissance primaire à hydrogène (7a) munie d’une pile à combustible alimentée en hydrogène et alimentant le au moins un actionneur d’inversion de poussée.
- Ensemble pour aéronef (1a) selon la revendication 1, dans lequel la pile à combustible disposée dans la source de puissance à hydrogène (2a) est alimentée en hydrogène par le réservoir d’hydrogène.
- Ensemble pour aéronef (1a) selon la revendication 1, comprenant au moins un moyen de stockage de l’hydrogène résiduel du propulseur (9) alimentant en hydrogène la pile à combustible disposée dans la source de puissance à hydrogène (2a).
- Ensemble pour aéronef (1a) selon la revendication 2, comprenant un système de centrale de puissance intégrée (4a) alimenté par la source de puissance à hydrogène (2a) pour les faibles puissances et par l’unité de puissance primaire à hydrogène (7a) pour les fortes puissances.
- Ensemble pour aéronef (1a) selon la revendication 3, dans lequel l’alimentation en hydrogène de l’unité de puissance primaire à hydrogène (7a) transite par la source de puissance à hydrogène (2a) de sorte à bénéficier du au moins un moyen de stockage de l’hydrogène résiduel du propulseur (9).
- Ensemble pour aéronef (1a) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une supercapacité chargée lors du vol par l’unité de puissance primaire à hydrogène (7a), permettant d’alimenter les actionneurs d’inversion de poussée, seule ou en combinaison avec la pile à combustible.
- Ensemble pour aéronef (1a) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’eau chaude produite par la au moins une des piles à combustibles de la source de puissance à hydrogène (2a) ou de l’unité de puissance primaire à hydrogène (7a) est employée pour des fonctions annexes à l’actionnement d’inversion de poussée.
- Ensemble pour aéronef (1a) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel un propulseur et le au moins un système d’inversion de poussée correspondant sont disposés dans une nacelle.
- Aéronef comprenant l’ensemble pour aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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Citations (5)
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- 2021-11-25 FR FR2112526A patent/FR3129435B1/fr active Active
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2022
- 2022-11-23 US US18/058,483 patent/US20230174248A1/en active Pending
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