FR3133597A1 - Système électrique pour un aéronef équipé d’un moteur - Google Patents
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Abstract
La présente divulgation concerne un système électrique (4) pour aéronef (100) comprenant :un premier bus (411) ;un deuxième bus (412) ;un premier générateur (401) ;un premier convertisseur (421) ;un deuxième générateur (402) ; etun deuxième convertisseur (422). Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente demande concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, la présente demande concerne l’alimentation électrique d’un aéronef équipé d’un moteur.
Un aéronef peut comprendre des charges électriques, telles qu’un système de dégivrage ou un module de pressurisation d’une cabine de l’aéronef, ainsi qu’un réseau à courant alternatif et un réseau à courant continu, lesquels sont notamment destinés à alimenter ces charges en énergie électrique. La puissance électrique circulant sur ces réseaux est généralement produite par des corps rotatifs du moteur de l’aéronef. Dans ce cas, la production électrique doit pouvoir être répartie entre les corps rotatifs. Dans certaines conditions, il faut que ce soient ces corps rotatifs qui puissent recevoir une puissance électrique, typiquement pour être démarrés et/ou être assistés en vol. Ces contraintes ne doivent pas, pour autant, augmenter la masse ou réduire le rendement du moteur.
Un but de l’invention est d’améliorer le système électrique permettant d’alimenter un aéronef en énergie électrique à partir des corps rotatifs de son moteur.
Il est à cet effet proposé, selon un aspect de la présente divulgation, un système électrique pour aéronef comprenant :
un premier bus prévu pour être relié à un réseau à courant alternatif d’un aéronef pour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus vers le réseau à courant alternatif ;
un deuxième bus prévu pour être relié à un réseau à courant continu de l’aéronef pour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus vers le réseau à courant continu ;
un premier générateur électrique relié au premier bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus, le premier générateur électrique étant prévu pour être relié à un premier corps rotatif d’un moteur de l’aéronef pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif et le premier générateur électrique ;
un premier convertisseur de courant alternatif à courant continu, le premier convertisseur étant relié au premier bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ;
un deuxième générateur électrique prévu pour être relié à un deuxième corps rotatif du moteur de l’aéronef pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif et le deuxième générateur électrique ; et
un deuxième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le deuxième convertisseur étant relié au deuxième générateur électrique pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur, et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus.
un premier bus prévu pour être relié à un réseau à courant alternatif d’un aéronef pour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus vers le réseau à courant alternatif ;
un deuxième bus prévu pour être relié à un réseau à courant continu de l’aéronef pour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus vers le réseau à courant continu ;
un premier générateur électrique relié au premier bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus, le premier générateur électrique étant prévu pour être relié à un premier corps rotatif d’un moteur de l’aéronef pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif et le premier générateur électrique ;
un premier convertisseur de courant alternatif à courant continu, le premier convertisseur étant relié au premier bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ;
un deuxième générateur électrique prévu pour être relié à un deuxième corps rotatif du moteur de l’aéronef pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif et le deuxième générateur électrique ; et
un deuxième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le deuxième convertisseur étant relié au deuxième générateur électrique pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur, et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus.
Avantageusement, mais facultativement, le système électrique selon la présente divulgation peut comprendre l’une au moins parmi les caractéristiques, prise seule ou en combinaison :
- il comprend en outre :
un troisième bus prévu pour être relié au réseau à courant alternatif pour permettre un transfert d’une puissance électrique du troisième bus vers le réseau à courant alternatif ;
un troisième générateur électrique relié au troisième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus, le troisième générateur électrique étant prévu pour être relié au premier corps rotatif pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif et le troisième générateur électrique ;
un troisième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le troisième convertisseur étant relié au troisième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ;
un quatrième générateur électrique prévu pour être relié au deuxième corps rotatif pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif et le quatrième générateur électrique ; et
un quatrième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le quatrième convertisseur étant relié au quatrième générateur électrique pour permettre un échange de puissance électrique entre le quatrième générateur électrique et le quatrième convertisseur et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ;
- le troisième générateur électrique est configuré pour assurer une régulation en tension du troisième bus ;
- le premier générateur électrique est configuré pour assurer une régulation en tension du premier bus ;
- au moins l’un des convertisseurs est configuré pour fonctionner selon au moins l’un des modes de fonctionnement suivants :
un mode forcé, dans lequel le convertisseur assure la régulation en puissance d’au moins un bus auquel il est relié ;
un mode libre, dans lequel le convertisseur assure la régulation en tension du deuxième bus ;
- il comprend en outre un contrôleur configuré pour piloter au moins l’un des convertisseurs de sorte à déterminer son mode de fonctionnement ; et
- le premier générateur électrique est relié au contrôleur et configuré pour recevoir du contrôleur une consigne pour assurer une régulation en puissance du premier bus.
- il comprend en outre :
un troisième bus prévu pour être relié au réseau à courant alternatif pour permettre un transfert d’une puissance électrique du troisième bus vers le réseau à courant alternatif ;
un troisième générateur électrique relié au troisième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus, le troisième générateur électrique étant prévu pour être relié au premier corps rotatif pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif et le troisième générateur électrique ;
un troisième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le troisième convertisseur étant relié au troisième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ;
un quatrième générateur électrique prévu pour être relié au deuxième corps rotatif pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif et le quatrième générateur électrique ; et
un quatrième convertisseur de courant alternatif à courant continu, le quatrième convertisseur étant relié au quatrième générateur électrique pour permettre un échange de puissance électrique entre le quatrième générateur électrique et le quatrième convertisseur et au deuxième bus pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus ;
- le troisième générateur électrique est configuré pour assurer une régulation en tension du troisième bus ;
- le premier générateur électrique est configuré pour assurer une régulation en tension du premier bus ;
- au moins l’un des convertisseurs est configuré pour fonctionner selon au moins l’un des modes de fonctionnement suivants :
un mode forcé, dans lequel le convertisseur assure la régulation en puissance d’au moins un bus auquel il est relié ;
un mode libre, dans lequel le convertisseur assure la régulation en tension du deuxième bus ;
- il comprend en outre un contrôleur configuré pour piloter au moins l’un des convertisseurs de sorte à déterminer son mode de fonctionnement ; et
- le premier générateur électrique est relié au contrôleur et configuré pour recevoir du contrôleur une consigne pour assurer une régulation en puissance du premier bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un aéronef comprenant :
un moteur comprenant un premier corps rotatif et un deuxième corps rotatif ;
un réseau à courant alternatif ;
un réseau à courant continu ; et
un système électrique tel que précédemment décrit, dans lequel le premier bus est relié au réseau à courant alternatif, le deuxième bus est relié au réseau à courant continu, le premier générateur électrique et/ou le troisième générateur électrique est relié au premier corps rotatif, et le deuxième générateur électrique et/ou le quatrième générateur électrique est relié au deuxième corps rotatif.
un moteur comprenant un premier corps rotatif et un deuxième corps rotatif ;
un réseau à courant alternatif ;
un réseau à courant continu ; et
un système électrique tel que précédemment décrit, dans lequel le premier bus est relié au réseau à courant alternatif, le deuxième bus est relié au réseau à courant continu, le premier générateur électrique et/ou le troisième générateur électrique est relié au premier corps rotatif, et le deuxième générateur électrique et/ou le quatrième générateur électrique est relié au deuxième corps rotatif.
Avantageusement, mais facultativement, l’aéronef selon la présente divulgation peut comprendre l’une au moins parmi les caractéristiques, prise seule ou en combinaison :
- le premier corps rotatif est un corps haute pression et le deuxième corps rotatif est un corps basse pression ; et
- le premier corps rotatif est un corps basse pression et le deuxième corps rotatif est un corps haute pression.
- le premier corps rotatif est un corps haute pression et le deuxième corps rotatif est un corps basse pression ; et
- le premier corps rotatif est un corps basse pression et le deuxième corps rotatif est un corps haute pression.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur et comprenant :
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus ;
la réception d’une première mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la réception d’une deuxième mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ;
la comparaison d’un rapport entre la première mesure et la deuxième mesure avec une valeur de référence ; et
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si le rapport est différent de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus.
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus ;
la réception d’une première mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la réception d’une deuxième mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ;
la comparaison d’un rapport entre la première mesure et la deuxième mesure avec une valeur de référence ; et
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si le rapport est différent de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur et comprenant :
la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus ; et
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus ; et
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur et comprenant :
la réception d’une mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ; et
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus ; et
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
la réception d’une mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ; et
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus ; et
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
Avantageusement, mais facultativement, l’un des autres procédés de contrôle selon la présente divulgation peut comprendre en outre une étape de pilotage du premier générateur électrique de sorte à ce qu’il régule en tension le premier bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé encore un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur et comprenant :
la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du premier générateur électrique de sorte à ce que, si la première mesure est différente de la première valeur de référence, il régule en puissance le premier bus ;
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du premier bus et du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du premier générateur électrique de sorte à ce que, si la première mesure est différente de la première valeur de référence, il régule en puissance le premier bus ;
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du premier bus et du deuxième convertisseur de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un autre procédé de contrôle d’un système électrique tel que précédemment décrit, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur et comprenant :
la réception d’une mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus ;
la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus ; et
le pilotage d’une source électrique reliée au deuxième bus de sorte à ce que la source électrique réguler en tension le deuxième bus.
la réception d’une mesure d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique et le deuxième convertisseur ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du deuxième convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus ;
la réception d’une mesure d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique sur le premier bus ;
la comparaison de la mesure avec une valeur de référence ;
le pilotage du premier convertisseur de sorte à ce que, si la mesure est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus ; et
le pilotage d’une source électrique reliée au deuxième bus de sorte à ce que la source électrique réguler en tension le deuxième bus.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur du contrôleur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de contrôle selon l’un quelconque des modes de mise en œuvre précédemment décrits.
Selon un autre aspect de la présente divulgation, il est proposé un support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur du contrôleur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de contrôle selon l’un quelconque des modes de mise en œuvre précédemment décrits.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente divulgation ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre un aéronef de façon schématique.
La est une vue en coupe schématique d’un ensemble propulsif pour aéronef.
La illustre schématiquement un système électrique selon un aspect de la présente divulgation.
La est une illustration plus détaillée de la .
La illustre schématiquement un système électrique selon un autre aspect de la présente divulgation.
La est un organigramme illustrant un aspect d’une première variante d’un procédé de contrôle selon la présente divulgation.
La est un organigramme illustrant un autre aspect de la première variante du procédé de contrôle selon la présente divulgation.
La est un organigramme illustrant un autre aspect de la première variante du procédé de contrôle selon la présente divulgation.
La est un organigramme illustrant un aspect d’une deuxième variante d’un procédé de contrôle selon la présente divulgation.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
La illustre un aéronef100comprenant au moins un ensemble propulsif1, en l’espèce deux ensembles propulsifs1. L’aéronef100représenté est un avion, civil ou militaire, mais pourrait être tout autre type d’aéronef100, tel qu’un hélicoptère. Les ensembles propulsifs1sont rapportés et fixés sur l’avion100, chacun sous une aile de l’avion100, comme visible sur la . Ceci n’est toutefois pas limitatif, puisqu’au moins un ensemble propulsif1peut être également monté sur l’aile de l’avion ou encore à l’arrière de son fuselage.
L’aéronef100comprend également une pluralité de charges (ou récepteurs) électriques (non représentés). Chaque charge électrique est un dispositif alimenté par de l’énergie électrique et pouvant être configuré pour transformer l’énergie électrique qui l’alimente en une autre forme d’énergie, comme par exemple de la chaleur ou de l’énergie mécanique. Des exemples non limitatifs de charges électriques de l’aéronef100sont : un moteur électrique, un système de chauffage et/ou de climatisation, un compresseur, etc. Ces charges électriques permettent notamment d’assurer un certain nombre de fonctionnalités, en vol comme au sol, telles que la pressurisation et/ou l’illumination de la cabine de l’aéronef100, le fonctionnement du poste de pilotage, etc.
Pour alimenter ces charges électriques en énergie électrique, l’aéronef100comprend une pluralité de réseaux électriques, dont au moins un réseau à courant alternatif43_ACet un réseau à courant continu44_DC, illustrés de la à la . Chaque réseau électrique43_AC,44_DCcomprend typiquement un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité. Le réseau à courant alternatif43_ACn’autorise la circulation d’énergie électrique que sous la forme d’un signal alternatif, tandis que le réseau à courant continu44_DCn’autorise la circulation d’énergie électrique que sous forme d’un signal continu.
L’énergie électrique consommée par les charges électriques peut, au moins en partie, être produite par le moteur2de l’ensemble propulsif1, et plus précisément au moyen de corps rotatifs20,22,26du moteur2.
La illustre un ensemble propulsif1présentant un axe longitudinalX-X, et comprenant un moteur2(ou turbomachine) et une nacelle3entourant le moteur2.
L’ensemble propulsif1est destiné à être monté sur un aéronef100, par exemple de la manière illustrée sur la . A cet égard, l’ensemble propulsif1peut comprendre un mât (non représenté) destiné à relier l’ensemble propulsif1à une partie de l’aéronef100.
Le moteur2illustré sur la est un turboréacteur à double corps, double flux et entraînement direct. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque le moteur2peut comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à réducteur ou un turbopropulseur.
Sauf précision contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction globale d’écoulement d’air à travers l’ensemble propulsif1en fonctionnement. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinalX-Xet une direction radiale est une direction perpendiculaire à l’axe longitudinalX-Xet coupant l’axe longitudinalX-X. Par ailleurs, un plan axial est un plan contenant l'axe longitudinalX-Xet un plan radial est un plan perpendiculaire à l’axe longitudinalX-X. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe longitudinalX-X. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence : elle est perpendiculaire à l’axe longitudinalX-Xmais ne passe pas par l’axe longitudinalX-X. Enfin, les adjectifs « intérieur » (ou « interne ») et « extérieur » (ou « externe ») sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe longitudinalX-Xque la partie extérieure du même élément.
Comme visible sur la , le moteur2comprend, de l’amont vers l’aval, une soufflante20, une section de compression22comprenant un compresseur basse pression220et un compresseur haute pression222, une chambre de combustion24et une section de détente26comprenant une turbine haute pression262et une turbine basse pression260. La soufflante20, la partie rotor du compresseur basse pression220, et la partir rotor de la turbine basse pression260sont reliées entre elles par un arbre basse pression280s’étendant le long de l’axe longitudinalX-X, la soufflante20, le compresseur basse pression220et la turbine basse pression260formant alors un corps basse pression20,220,260(corps BP),280, qui est un premier corps rotatif. La partie rotor du compresseur haute pression222et la partie rotor de la turbine haute pression262sont reliées entre elles par un arbre haute pression282s’étendant le long de l’axe longitudinalX-X, le compresseur haute pression222et la turbine haute pression262formant alors un corps haute pression222,262,282(corps HP), qui est un deuxième corps rotatif. Comme visible sur la , la section de compression22, la chambre de combustion24et la section de détente26sont entourés par un carter moteur23, tandis que la soufflante20est entourée par un carter de soufflante25. Le carter moteur23et le carter de soufflante25sont reliés entre eux par des bras structuraux27profilés formant redresseurs (ou OGV pour« Outlet Guide Vanes »dans la terminologie anglo-saxonne) répartis de manière circonférentielle tout autour de l’axe longitudinalX-X. L’axe longitudinalX-Xforme axe de rotation pour la soufflante20, la partir rotor de la section de compression22et la partie rotor de la section de détente26, autrement dit pour le premier corps rotatif et le deuxième corps rotatif, lesquels sont susceptibles d’être entraînés en rotation autour de l’axe longitudinalX-Xpar rapport au carter moteur23et au carter de soufflante25.
La nacelle3s’étend radialement à l’extérieur du moteur2, tout autour de l’axe longitudinalX-X, de sorte à entourer à la fois le carter de soufflante25et le carter moteur23, et à définir, avec une partie aval du carter moteur23, une partie aval d’une veine secondaireB, la partie amont de la veine secondaireBétant définie par le carter de soufflante25et une partie amont du carter moteur23. La partie amont de la nacelle3définit en outre une entrée d’air29par laquelle la soufflante20aspire le flux d’air circulant à travers l’ensemble propulsif1. La nacelle3est solidaire du carter de soufflante25et rapportée et fixée à l’aéronef100au moyen du mât.
Le moteur2peut également comprendre au moins un boîtier d’accessoires (non représenté), appelé AGB (pour« Accessory gear box »dans la terminologie anglo-saxonne), typiquement logé dans une cavité ménagée au sein de la nacelle3. Le boîtier d’accessoires comprend un ensemble d’engrenages permettant d’entraîner en rotation une pluralité d’arbres autour de leur propre axe, des accessoires étant montés sur ces arbres pour tirer de leur rotation une puissance mécanique utile. L’ensemble d’engrenages est lui-même entraîné à l’aide d’un arbre de prise de force reliant, éventuellement par l’intermédiaire d’un boîtier de transfert (non représenté), le boîtier d’accessoires à l’un au moins parmi le corps haute pression222,262,282et le corps basse pression20,220,260,280, typiquement en étant engrené avec l’un au moins parmi l’arbre haute pression282et l’arbre basse pression280. A cet égard, l’arbre de prise de force peut s’étendre à l’intérieur d’une cavité longitudinale ménagée au sein de l’un des bras structuraux27. De cette manière, une puissance mécanique est susceptible d’être prélevée sur l’un au moins parmi le corps haute pression222,262,282et le corps basse pression20,220,260,280pour être délivrée à l’un au moins des accessoires par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires.
Le moteur2peut, lui aussi, comprendre une pluralité de charges électriques (non représentées), telles qu’un démarreur ou une batterie, lesquelles doivent également être alimentées en énergie électrique, certaines sous la forme d’un signal alternatif, d’autres sous la forme d’un signal continu.
En fonctionnement, la soufflante20aspire un flux d’air dont une portion, circulant au sein d’une veine primaireA, est, successivement, comprimée au sein de la section de compression22, enflammée au sein de la chambre de combustion24et détendue au sein de la section de détente26avant d’être éjectée hors du moteur2. La veine primaireAtraverse le carter moteur23de part en part. Une autre portion du flux d’air circule au sein de la veine secondaireBqui prend une fourme annulaire allongée entourant le carter moteur23, l’air aspiré par la soufflante20étant redressé par les redresseurs puis éjecté hors de l’ensemble propulsif1. De cette manière, l’ensemble propulsif1génère une poussée. Cette poussée peut, par exemple, être mise au profit de l’aéronef100sur lequel l’ensemble propulsif1est rapporté et fixé.
La illustre un système électrique4distribué entre l’ensemble propulsif1et l’aéronef100pour l’alimentation en énergie électrique des charges électriques du moteur2et/ou de l’aéronef100, typiquement au moyen du réseau à courant alternatif43_ACet du réseau à courant continu44_DC.
Le système électrique4comprend un premier bus411_ACrelié au réseau à courant alternatif43_ACpour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus411_ACvers le réseau à courant alternatif43_AC. Le premier bus411_ACest donc configuré pour autoriser une circulation d’énergie électrique sous forme d’un signal alternatif. Le système électrique4comprend en outre un deuxième bus412_DCrelié au réseau à courant continu44_DCpour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus412_DCvers le réseau à courant continu44_DC. Le deuxième bus412_DCest donc configuré pour autoriser une circulation d’énergie électrique sous forme d’un signal continu. Chacun du premier bus411_ACet du deuxième bus412_DCcomprend typiquement un ensemble de conducteurs d’électricité, typiquement un ensemble de fil(s) ou barre(s) et/ou un assemblage de fil(s) et/ou une (ou plusieurs) piste(s) imprimée(s) et/ou quelque appareil qui sert à conduire l'électricité. Les charges électriques du moteur2peuvent également être reliées à l’un au moins du premier bus411_ACet du deuxième bus412_DCpour en retirer l’énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement.
Le système électrique4comprend en outre un premier générateur électrique401relié au premier bus411_ACpour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus411_AC. Le premier générateur électrique401est, par ailleurs, relié à un corps rotatif20,22,26du moteur2pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le corps rotatif20,22,26et le premier générateur électrique401. De plus, le système électrique4comprend un deuxième générateur électrique402relié à un autre corps rotatif20,22,26du moteur2pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre l’autre corps rotatif20,22,26et le deuxième générateur électrique402.
Chacun du premier générateur électrique401et du deuxième générateur électrique402peut typiquement être une machine synchrone à rotor bobiné, comprenant typiquement trois étages, appelée VFG (pour «Variable Frequency Generator »dans la terminologie anglo-saxonne), entrainée par l’un au moins parmi l’arbre haute pression282et l’arbre basse pression280du moteur2, typiquement par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires. Une telle machine présente notamment l’avantage de pouvoir être pilotée pour réguler la tension du bus auquel elle est reliée. Typiquement, lorsque le premier générateur électrique401est une machine de type VFG, le premier générateur électrique401peut alors piloter la tension du premier bus411_ACselon une tension prédéterminée, typiquement 115Vac ou 230Vac, selon, notamment, les contraintes de qualité du réseau à courant alternatif43_AC. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque d’autres types de machines sont envisageables, telles que des machines synchrones à aimant permanent, appelées PMSM (pour« Permanent-Magnet Synchronous Machine Drives »dans la terminologie anglo-saxonne) qui présentent notamment l’avantage d’avoir une masse plus réduite, ou telles que des machines asynchrones (ou« Induction machine »dans la terminologie anglo-saxonne) ou à réluctance variable. De préférence, le premier générateur électrique401est une machine synchrone de type VFG, tandis que le deuxième générateur électrique402est une machine synchrone à aimants permanents de type PMSM.
Chacun du premier générateur électrique401et du deuxième générateur électrique402est donc relié à un corps rotatif20,22,26distinct du moteur2. Ainsi, dans une variante représentée de la à la , le premier générateur électrique401est relié au corps haute pression222,262,282et le deuxième générateur électrique402est relié au corps basse pression20,220,260,280. Dans une autre variante (non représentée), le premier générateur électrique est relié au corps basse pression et le deuxième générateur électrique est relié au corps haute pression. Chacun du premier générateur électrique401et du deuxième générateur électrique402peut donc fonctionner comme moteur électrique, lorsqu’il prélève de la puissance électrique sur le premier bus411_ACet/ou le deuxième bus412_DCpour transmettre une puissance mécanique au corps rotatif20,22,26auquel il est relié. En outre, chacun du premier générateur électrique401et du deuxième générateur électrique402peut fonctionner comme générateur électrique, lorsqu’il injecte une puissance électrique sur le premier bus411_ACet/ou sur le deuxième bus412_DCqu’il a transformé d’une puissance mécanique extraite sur le corps rotatif20,22,26auquel il est relié.
Comme visible sur la , le premier générateur électrique401peut comprendre un dispositif de commande4010configuré pour contrôler la tension alternative générée par le premier générateur électrique401sur le premier bus411_AC.
La illustre également que le système électrique4comprend un premier convertisseur421de courant alternatif à courant continu, lequel est relié à la fois au premier bus411_AC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus411_AC, et au deuxième bus412_DC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus412_DC. Le premier convertisseur421est réversible et permet à une partie de la puissance électrique générée par le premier générateur électrique401d’être transférée du premier bus411_ACvers le deuxième bus412_DC. Le premier convertisseur421permet également de transférer de la puissance électrique depuis le deuxième bus412_DCvers le premier bus411_ACpour fournir de la puissance électrique au premier générateur électrique401. Le premier générateur électrique401peut ainsi transformer cette puissance électrique reçue du deuxième bus412_DCen puissance mécanique au profit du corps rotatif20,22,26auquel il est relié. Comme il sera décrit plus en détails ci-après, ceci peut typiquement s’opérer lors du démarrage du moteur2ou lors d’une phase d’assistance du moteur2.
La illustre enfin que le système électrique4comprend un deuxième convertisseur422de courant alternatif à courant continu, lequel est relié à la fois au deuxième générateur électrique402pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique402et le deuxième convertisseur422, et au deuxième bus412_DCpour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus412_DC. En contrôlant le deuxième convertisseur422, il est donc possible d’injecter ou de prélever une puissance mécanique au niveau du corps rotatif20,22,26auquel le deuxième générateur électrique402est relié.
Chacun du premier convertisseur421et du deuxième convertisseur422peut prendre la forme d’un onduleur ou d’un redresseur, commandé ou non.
La illustre le système électrique4de manière plus détaillée.
Comme visible sur la , chacun du premier convertisseur421et du deuxième convertisseur422comprend un dispositif de contrôle4210,4220, tandis que le système électrique4comprend un contrôleur45configuré pour piloter chacun du premier convertisseur421et du deuxième convertisseur422, de préférence par l’intermédiaire de leur dispositif de contrôle4210,4220. En pratique, le contrôleur45peut être un contrôleur45du moteur2, lequel pilote les dispositifs de contrôle4210,4220au moyen de références de contrôle (en courant, puissance, couple, etc.). Le contrôleur45comprend un processeur (non représenté) configuré pour mettre en œuvre au moins un aspect d’au moins une des variantes du procédé de contrôleE,E’,E’’,E’’’du système électrique4décrit plus en détails de la à la . Le processeur du contrôleur45est adapté pour lire un support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur tel que le processeur du contrôleur45, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de contrôleE,E’,E’’,E’’’. Le support lisible par ordinateur et/ou le contrôleur45sont configurés pour charger, typiquement au sein d’une mémoire, un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur tel que le processeur du contrôleur45, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de contrôleE,E’,E’’,E’’’. A cet égard, le contrôleur45peut comprendre une mémoire (non représentée).
En fonctionnement, il est nécessaire d’assurer différentes régulations du système électrique4.
La régulation en puissance du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DCpermet d’assurer que la puissance électrique transmise au premier bus411_ACet/ou au deuxième bus412_DCpar le premier générateur électrique401et/ou le deuxième générateur électrique402est suffisante pour répondre à la demande des charges électriques de l’aéronef100et/ou du moteur2sur le réseau à courant alternatif43_ACet/ou sur le réseau à courant continu44_DC.
Dans une première variante, comme il sera décrit plus en détails ci-après en référence à la , à la et à la , lors du fonctionnement du système électrique4, la régulation en puissance du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DCest mise en œuvre par au moins l’un parmi le premier convertisseur421et le deuxième convertisseur422.
Dans une deuxième variante, également décrite plus en détails ci-après en référence à la , le premier générateur électrique401peut être configuré pour recevoir une consigne du contrôleur45, ce qui lui permet de réguler en puissance le premier bus411_AC.
La régulation en tension du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DCest critique. En effet, l’évolution temporelle de la tension électrique au sein du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DC, lors du fonctionnement du système électrique4, doit demeurer au sein de limites d’un gabarit même si, bien entendu, elle peut ponctuellement varier autour d’une valeur nominale donnée. En effet pour que l’ensemble des éléments qui sont connectés au premier bus411_ACet/ou au deuxième bus412_DCfonctionne correctement, la tension électrique ne doit pas prendre de valeurs qui dépassent les limites du gabarit. Le gabarit définit, en fait, les limites supérieures et inférieures d’excursion de la tension électrique, en fonction du temps, lors du fonctionnement du système électrique4. Le gabarit peut comprendre des limites définies pour des conditions de fonctionnement normales et/ou anormales, lesquelles limites entourent, de manière symétrique ou non, un niveau de tension électrique nominal du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DC. Dans un diagramme (non représenté) fournissant l’évolution de la tension électrique en fonction du temps, une limite d’un gabarit est typiquement représentée comme une ligne, brisée ou non. De préférence, même si la limite ne définit par une valeur de tension électrique constante dans un premier temps, généralement associé au temps caractéristique de mise en fonctionnement (ou démarrage) du système électrique4, il est commun que la limite définisse ensuite une valeur de tension électrique constante, et ce afin de garantir la stabilité de fonctionnement du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DCet, partant, du système électrique4. Un tel gabarit peut, par exemple, être défini dans une norme relative à la qualité du système électrique4et/ou du réseau à courant alternatif43_ACet/ou du réseau à courant continu44_DC, mais aussi être défini par un cahier des charges d’un appareil auquel le système électrique4est raccordé, typiquement les exigences du fabricant de l’aéronef100au sein duquel le système électrique4est intégré.
A cet égard, et comme il sera décrit en détails ci-après, lors du fonctionnement du système4selon la première variante, la régulation en tension du premier bus411_ACest avantageusement mise en œuvre par le premier générateur électrique401, notamment lorsqu’il s’agit d’une machine synchrone de type VFG. En outre, la régulation en tension du deuxième bus412_DCest avantageusement mise en œuvre par au moins l’un parmi le premier convertisseur421et le deuxième convertisseur422, sauf lors du démarrage du moteur2, où cette régulation en tension ne peut être assurée par les convertisseurs421,422et où, comme il sera décrit plus en détails ci-après, il est nécessaire qu’une autre source électrique soit reliée au deuxième bus412_ACpour en assurer la régulation en tension.
Comme il sera décrit plus en détails ci-après, dans la deuxième variante dans laquelle c’est le premier générateur électrique401qui assure la régulation en puissance du premier bus411_AC, c’est le premier convertisseur421qui assure la régulation en tension du premier bus411_ACet le deuxième convertisseur422qui assure la régulation en tension du deuxième bus412_AC.
Ainsi, chacun du premier convertisseur421et du deuxième convertisseur422est configuré pour fonctionner selon divers modes de fonctionnement.
Dans un mode forcé, le convertisseur421,422injecte ou prélève une puissance électrique, qui est fixée par le contrôleur45, sur le premier bus411_ACet/ou le deuxième bus412_DC, en fonction de certains paramètres de fonctionnement du moteur2, comme il sera décrit plus en détails ci-après. En d’autres termes, dans le mode forcé, le convertisseur421,422assure la régulation en puissance du (ou des) bus411_AC,412_DCau(x)quel(s) il est relié.
Dans la première variante, dans un mode libre, le convertisseur421,422injecte ou prélève une puissance électrique sur le premier bus411_ACet/ou sur le deuxième bus412_DCqui dépend de la puissance électrique transférée vers le réseau à courant alternatif43_ACet/ou le réseau à courant continu44_DC, et de la tension du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DC. Plus précisément, dans la première variante, le convertisseur421,422assure, dans le mode libre, la régulation en tension au moins du deuxième bus412_DC.
Dans la deuxième variante dans laquelle c’est le premier générateur électrique401qui assure la régulation en puissance du premier bus411_AC, les convertisseurs421,422sont, dans le mode libre, configurés pour réguler en tension le premier bus411_ACet le deuxième bus412_DC.
Dans un mode d’attente, le convertisseur421,422n’est pas en fonctionnement, et ne transfère ni ne prélève aucune puissance sur le premier bus411_ACet/ou le deuxième bus412_DC.
Le contrôleur45est donc configuré pour piloter le premier convertisseur421et/ou le deuxième convertisseur422de sorte à déterminer son mode de fonctionnement, mais aussi la consigne associée (génération ou assistance, comme décrit en détails ci-après). Typiquement, le contrôleur45peut recevoir une mesure de la puissance échangée entre le premier générateur électrique401et le corps rotatif20,22,26auquel il est relié, laquelle peut typiquement être fournie par le dispositif de commande4010du premier générateur électrique401, et une mesure de la puissance échangée entre le deuxième générateur électrique402et le corps rotatif20,22,26auquel il est relié, laquelle peut typiquement être fournie par le dispositif de contrôle4220du deuxième convertisseur422. De ces mesures, le contrôleur45peut calculer les références de contrôle à transmettre aux dispositifs de contrôle4210,4220des convertisseurs421,422déterminant un mode forcé et le niveau de puissance électrique fixée qu’ils doivent prélever et/ou injecter sur le premier bus411_ACet/ou le deuxième bus412_DC.
La illustre un système électrique4selon un autre mode de réalisation, semblable au mode de réalisation illustré sur la et sur la .
Comme visible sur la , dans ce mode de réalisation, le système électrique4comprend en outre un troisième bus413_ACrelié au réseau à courant alternatif43_ACpour permettre un transfert d’une puissance électrique du troisième bus413_ACvers le réseau à courant alternatif43_AC. Le troisième bus413_ACprésente avantageusement une structure et un fonctionnement identiques au premier bus411_AC.
Par ailleurs, le système électrique4comprend également un troisième générateur électrique403relié au troisième bus413_ACpour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus413_AC, le troisième générateur électrique403étant relié au même corps rotatif20,22,26que le premier générateur électrique401, pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre ce corps rotatif et le troisième générateur électrique403. Le troisième générateur électrique403présente de préférence une structure et un fonctionnement identiques au premier générateur électrique401. Notamment, dans la première variante, la régulation en tension du troisième bus413_ACest avantageusement mise en œuvre par le troisième générateur électrique403, typiquement lorsqu’il s’agit d’une machine synchrone de type VFG. Dans la deuxième variante, le troisième générateur électrique403peut être configuré pour recevoir une consigne du contrôleur45, ce qui lui permet de réguler en puissance le troisième bus413_AC.
De plus, le système électrique4comprend un troisième convertisseur423de courant alternatif à courant continu, le troisième convertisseur423étant, d’une part, relié au troisième bus413_AC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus413_ACet, d’autre part, au deuxième bus412_DC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus412_DC. Le troisième convertisseur423présente avantageusement une structure et un fonctionnement identique au premier convertisseur421. Tout comme le premier convertisseur421, le troisième convertisseur423peut comprendre un dispositif de commande (non représenté) configuré pour contrôler la tension alternative générée par le troisième générateur électrique403sur le troisième bus413_AC.
En outre, comme visible sur la , le système électrique4comprend un quatrième générateur électrique404relié au même corps rotatif20,22,26que le deuxième générateur électrique402, pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre ce corps rotatif et le quatrième générateur électrique404. Le quatrième générateur électrique404présente de préférence une structure et un fonctionnement identiques au deuxième générateur électrique402.
Enfin, le système électrique4comprend un quatrième convertisseur424de courant alternatif à courant continu, le quatrième convertisseur424étant, d’une part, relié au quatrième générateur électrique404, pour permettre un échange de puissance électrique entre le quatrième générateur électrique404et le quatrième convertisseur424et, d’autre part, au deuxième bus412_DC, pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus412_DC. Le quatrième convertisseur424présente de préférence une structure et un fonctionnement identique au deuxième convertisseur422.
Chacun du troisième convertisseur423et du quatrième convertisseur424peut également comprendre un dispositif de contrôle (non représentés), et fonctionner selon les modes de fonctionnement décrits pour le premier convertisseur421et le deuxième convertisseur422, notamment, en mode forcé, pour la régulation en puissance du troisième bus413_ACet/ou du deuxième bus412_DCpar injection et/ou prélèvement d’une puissance électrique fixée sur le troisième bus413_ACet/ou le deuxième bus412_DC, ou, en mode libre, pour la régulation en tension du deuxième bus412_DC,et, dans la deuxième variante dans laquelle c’est le premier générateur électrique401qui assure la régulation en puissance du premier bus411_ACet/ou c’est le troisième générateur électrique403qui assure la régulation en puissance du troisième bus413_AC, pour la régulation en tension du troisième bus413_AC.. Le cas échéant, le contrôleur45est configuré pour piloter l’un du troisième convertisseur423et du quatrième convertisseur424de sorte à déterminer son mode de fonctionnement.
Grâce au système électrique4selon un des modes de réalisation décrits, un transfert de puissance est rendu possible entre les corps rotatifs20,22,26, notamment par l’intermédiaire du premier bus411_ACet/ou du deuxième bus412_DCet/ou du troisième bus413_AC.
Il convient en outre de noter que, lorsque l’aéronef100est équipé de deux moteurs2, cet aéronef100peut comprendre un système électrique4par moteur2. Le cas échéant, chaque système électrique4peut être relié à un réseau à courant alternatif43_ACet/ou un réseau à courant continu44_DCqui est distinct, ou non, de l’autre système électrique4. Ceci permet avantageusement de bénéficier d’une redondance entre les systèmes électriques de chacun des moteurs2.
De la à la , sont représentés différents aspects de la première variante d’un procédé de contrôleE,E’,E’’d’un système électrique4selon au moins l’un des modes de réalisation décrits. A chaque fois, le procédé de contrôleE,E’,E’’est mis en œuvre par le contrôleur45, éventuellement en étant assisté par les dispositifs de commande4010et/ou les dispositifs de contrôle4210,4220. Ces différents aspects correspondent à différentes situations, lors du fonctionnement de l’aéronef100, au sol comme en vol, lors desquelles le système électrique4est sollicité pour assurer les échanges de puissance entre le moteur2et l’aéronef100.
En référence à la , le système électrique4est utilisé pour alimenter les charges électriques de l’aéronef100et/ou du moteur2, tout en respectant une répartition de la puissance électrique générée à partir des corps haute et basse pression20,22,26du moteur2que lui impose le contrôleur45. Plus précisément, le deuxième convertisseur422est pilotéE1de sorte à fonctionner dans un mode libre, assurant ainsi la régulation en tension du deuxième bus412_DC. En outre, une première mesurem1d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique401sur le premier bus411_ACet une deuxième mesurem2d’une puissance électrique échangé entre le deuxième générateur électrique402et le deuxième convertisseur422sont reçuesE2,E3puis, un rapportm1/m2entre la première mesure et la deuxième mesure est comparéE4à une valeur de référence, typiquement la valeur imposée par le contrôleur45pour la répartition de puissance à prélever sur chacun des corps haute et basse pression20,22,26. Enfin, si le rapport est différent de la valeur de référence, le premier convertisseur421est pilotéE5de sorte à fonctionner dans un mode forcé de régulation en puissance du premier bus411_ACdans lequel il injecte ou il prélève une puissance électrique fixée sur le premier bus411_AC. En d’autres termes, le contrôleur45adapte en permanence la référence de contrôle du premier convertisseur421de sorte à respecter une répartition prédéterminée de la puissance électrique générée par le premier générateur électrique401et le deuxième générateur électrique402. Avantageusement, la tension du premier bus411_ACest, quant à elle, régulée par le premier générateur électrique401, notamment lorsque ce-dernier est une machine synchrone de type VFG.
En référence à la , le système électrique4est utilisé pour assister le corps rotatif20,22,26(de préférence le corps HP) relié au premier générateur électrique401. Plus précisément, pour assister le corps rotatif20,22,26relié au premier générateur électrique401, une mesurem1’d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique401sur le premier bus411_ACest reçueE’1et comparéeE’2à une valeur de référence, qui est typiquement la puissance demandée pour assister le corps rotatif20,22,26auquel est relié le premier générateur électrique401. Si la mesurem1'est différente de la valeur de référence, le premier convertisseur421est pilotéE’3de sorte à fonctionner dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus411_AC, c’est-à-dire qu’il injecte ou il prélève une puissance électrique fixée sur le premier bus411_AC. Par ailleurs, le deuxième convertisseur422est alors pilotéE’4de sorte à fonctionner dans un mode libre, assurant ainsi la régulation en tension du deuxième bus412_DC. Avantageusement, la tension du premier bus411_ACest, quant à elle, régulée par le premier générateur électrique401, notamment lorsque ce-dernier est une machine synchrone de type VFG.
En référence à la , le système électrique4est utilisé pour assister le corps rotatif20,22,26(de préférence le corps BP) relié au deuxième générateur électrique402. Plus précisément, une mesurem2’’d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique402et le deuxième convertisseur422est reçueE’’1et comparéeE’’2à une valeur de référence, qui est typiquement la puissance demandée pour assister le corps rotatif20,22,26auquel est relié le deuxième générateur électrique402. Si la mesurem2’’est différente de la valeur de référence, le deuxième convertisseur422est pilotéE’’3de sorte à fonctionner dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus412_DC, c’est-à-dire qu’il injecte ou il prélève une puissance électrique fixée sur le deuxième bus412_DC. Par ailleurs, le premier convertisseur421est pilotéE’’4de sorte à fonctionner dans un mode libre, tel qu'il assure ainsi la régulation en tension du deuxième bus412_DC. Avantageusement, la tension du premier bus411_ACest, quant à elle, régulée par le premier générateur électrique401, notamment lorsque ce-dernier est une machine synchrone de type VFG.
En d’autres termes, le contrôleur45adapte en permanence la référence de contrôle du premier convertisseur421et/ou du deuxième convertisseur422de sorte à assister les corps rotatifs20,22,26au moyen du premier générateur électrique401et/ou du deuxième générateur électrique402, tout en assurant la régulation en tension du deuxième bus412_DC, la régulation en tension du premier bus411_ACétant, quant à elle, avantageusement assurée par le premier générateur électrique401, notamment lorsque ce-dernier est une machine synchrone de type VFG.
Bien entendu, il est possible d’assister à la fois le corps rotatif20,22,26relié au premier générateur électrique401et le corps rotatif20,22,26relié au deuxième générateur électrique402, par exemple lors du démarrage du moteur2. Pour ce faire, les étapes illustrées de la à la sont menées en parallèle, chacun du premier convertisseur421et du deuxième convertisseur422étant en mode forcé. Dans ce cas, il est nécessaire qu’une autre source électrique (non représentée) reliée au deuxième bus412_DC, assure la régulation en tension du deuxième bus412_DC. En outre, lorsqu’il ne faut que démarrer l’un ou l’autre des corps rotatifs20,22,26du moteur2, typiquement le corps haute pression222,262,282, le convertisseur421,422,423,424correspondant peut se trouver en mode forcé, tandis que l’autre convertisseur421,422,423,424est en mode attente.
Letableau 1ci-dessous résume les différents aspects du procédé de contrôleE,E’,E’’.
| Génération par les corps HP et BP (figure 6) | Assistance du corps HP (figure 7) | Assistance du corps BP (figure 8) | |
| Régulation tension bus AC | Premier générateur électrique401 | Premier générateur électrique401 | Premier générateur électrique401 |
| Régulation tension bus DC | Deuxième convertisseur422 (mode libre) | Deuxième convertisseur422 (mode libre) | Premier convertisseur421 (mode libre) |
| Régulation puissance bus AC | Premier convertisseur421 (mode forcé) | Premier convertisseur421 (mode forcé) | - |
| Régulation puissance bus DC | - | - | Deuxième convertisseur422 (mode forcé) |
Dans une deuxième variante illustrée sur la , le système électrique4est également utiliséE’’’pour assister le corps rotatif20,22,26(de préférence le corps HP) relié au premier générateur électrique401, mais cette fois en utilisant la capacité du premier génération électrique401à recevoir une consigne du contrôleur45pour réguler en puissance le premier bus411_AC. Là encore, une mesurem1’’’d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique401sur le premier bus411_ACest reçueE’’’1, cette fois par le premier générateur électrique401, lequel compareE’’’2cette mesurem1’’’à une valeur de référence, qui est typiquement la puissance demandée pour assister le corps rotatif20,22,26(corps HP de préférence) auquel est relié le premier générateur électrique401et que le contrôleur45lui aura transmise. Et, si la mesurem1’’’est différente de la valeur de référence, c’est bien le premier générateur électrique401, et non plus le premier convertisseur421comme dans la première variante du procédé de contrôleE,E’,E’’,qui est pilotéE’’’3de sorte réguler en puissance le premier bus411_AC, c’est-à-dire à injecter ou prélever une puissance électrique fixée sur le premier bus411_AC. Par ailleurs, chacun du premier convertisseur421et du deuxième convertisseur422est alors pilotéE’’’4de sorte à fonctionner dans un mode libre leur permettant d’assurer la régulation en tension, respectivement, du premier bus411_ACet du deuxième bus412_DC.
Le système électrique et le procédé de contrôle décrits permettent de générer, distribuer et contrôler une puissance mixte permettant d’alimenter des charges électriques de l’aéronef et/ou du moteur qui fonctionnent à la fois sur courant alternatif et sur courant continu, tout en prenant en compte les contraintes du moteur à la fois lorsqu’il génère une puissance ou qu’il doit être assisté.
De fait, grâce à la présence et au pilotage des convertisseurs, les moteurs/générateurs électriques du système électrique ne servent pas uniquement à l’alimentation de ces charges électriques. En effet, ils permettent aussi d’optimiser le fonctionnement du moteur, que ce soit au moment de son démarrage ou d’une phase d’assistance, selon les contraintes qui lui sont propres, notamment en termes de répartition de puissance entre les corps rotatifs. En outre, les convertisseurs permettent de réguler la tension des bus des systèmes électriques, et plus particulièrement du bus à courant continu, ce qui garantit la stabilité et améliore la sécurité du système électrique en fonctionnement.
Par ailleurs, grâce au système électrique et au procédé de contrôle décrits, il n’est pas nécessaire de prévoir de convertisseurs et/ou générateur électriques qui seraient dédiés aux charges électriques fonctionnant sur courant alternatif, ou aux charges électriques fonctionnant sur courant continu, ce qui permet de réduire la masse du moteur. En outre, même avec l’ajout de charges électriques fonctionnant sur courant continu aux réseaux à courants alternatifs usuels, il est possible de conserver ces réseaux à courants alternatifs usuels, qui ont l'avantage d'être de technologie mature, sans avoir à ajouter d'éléments de conversion dédiés pour les alimenter à partir des réseaux à courant continu. Enfin, cela assure une dissimilarité au niveau aéronef entre réseaux à courant alternatif et réseaux à courant continu dont l’avionneur peut tirer profit.
Ainsi, le système électrique selon un des modes de réalisation décrits peut s’adapter à tout type de sollicitation de la part du réseau à courant continu et/ou du réseau à courant alternatif, ce qui permet de répondre à la tendance d’électrification accrue des aéronefs.
Claims (17)
- Système électrique (4) pour aéronef (100) comprenant :
un premier bus (411_AC) prévu pour être relié à un réseau à courant alternatif (43_AC) d’un aéronef (100) pour permettre un transfert d’une puissance électrique du premier bus (411_AC) vers le réseau à courant alternatif (43_AC) ;
un deuxième bus (412_DC) prévu pour être relié à un réseau à courant continu (44_DC) de l’aéronef (100) pour permettre un transfert d’une puissance électrique du deuxième bus (412_DC) vers le réseau à courant continu (44_DC) ;
un premier générateur électrique (401) relié au premier bus (411_AC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus (411_AC), le premier générateur électrique (401) étant prévu pour être relié à un premier corps rotatif (20, 22, 26) d’un moteur de l’aéronef (100) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif (20, 22, 26) et le premier générateur électrique (401) ;
un premier convertisseur (421) de courant alternatif à courant continu, le premier convertisseur (421) étant relié au premier bus (411_AC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le premier bus (411_AC) et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC) ;
un deuxième générateur électrique (402) prévu pour être relié à un deuxième corps rotatif (20, 22, 26) du moteur de l’aéronef (100) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) et le deuxième générateur électrique (402) ; et
un deuxième convertisseur (422) de courant alternatif à courant continu, le deuxième convertisseur (422) étant relié au deuxième générateur électrique (402) pour permettre un échange de puissance électrique entre le deuxième générateur électrique (402) et le deuxième convertisseur (422), et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC). - Système électrique (4) selon la revendication 1, comprenant en outre :
un troisième bus (413_AC) prévu pour être relié au réseau à courant alternatif (43_AC) pour permettre un transfert d’une puissance électrique du troisième bus (413_AC) vers le réseau à courant alternatif (43_AC) ;
un troisième générateur électrique (403) relié au troisième bus (413_AC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus (413_AC), le troisième générateur électrique (403) étant prévu pour être relié au premier corps rotatif (20, 22, 26) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le premier corps rotatif (20, 22, 26) et le troisième générateur électrique (403) ;
un troisième convertisseur (423) de courant alternatif à courant continu, le troisième convertisseur (423) étant relié au troisième bus (413_AC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le troisième bus (413_AC) et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC) ;
un quatrième générateur électrique (404) prévu pour être relié au deuxième corps rotatif (20, 22, 26) pour permettre un échange de puissance mécanique et/ou électrique entre le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) et le quatrième générateur électrique (404) ; et
un quatrième convertisseur (424) de courant alternatif à courant continu, le quatrième convertisseur (424) étant relié au quatrième générateur électrique (404) pour permettre un échange de puissance électrique entre le quatrième générateur électrique (404) et le quatrième convertisseur (424) et au deuxième bus (412_DC) pour injecter ou prélever une puissance électrique sur le deuxième bus (412_DC). - Système électrique (4) selon la revendication 2, dans lequel le troisième générateur électrique (403) est configuré pour assurer une régulation en tension du troisième bus (413_AC).
- Système électrique (4) selon l’une des revendication 1 à 3, dans lequel le premier générateur électrique (401) est configuré pour assurer une régulation en tension du premier bus (411_AC).
- Système électrique (4) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel au moins l’un des convertisseurs (421, 422, 423, 424) est configuré pour fonctionner selon au moins l’un des modes de fonctionnement suivants :
un mode forcé, dans lequel le convertisseur (421, 422, 423, 424) assure la régulation en puissance d’au moins un bus (411_AC, 412_DC, 413_AC) auquel il est relié ;
un mode libre, dans lequel le convertisseur (421, 422, 423, 424) assure la régulation en tension du deuxième bus (412_DC). - Système électrique (4) selon la revendication 5, comprenant en outre un contrôleur (45) configuré pour piloter au moins l’un des convertisseurs (421, 422, 423, 424) de sorte à déterminer son mode de fonctionnement.
- Système électrique (4) selon la revendication 6, dans lequel le premier générateur électrique (401) est relié au contrôleur (45) et configuré pour recevoir du contrôleur (45) une consigne pour assurer une régulation en puissance du premier bus (411_AC).
- Aéronef (100) comprenant :
un moteur comprenant un premier corps rotatif (20, 22, 26) et un deuxième corps rotatif (20, 22, 26) ;
un réseau à courant alternatif (43_AC) ;
un réseau à courant continu (44_DC) ; et
un système électrique (4) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le premier bus (411_AC) est relié au réseau à courant alternatif (43_AC), le deuxième bus (412_DC) est relié au réseau à courant continu (44_DC), le premier générateur électrique (401) et/ou le troisième générateur électrique (403) est relié au premier corps rotatif (20, 22, 26), et le deuxième générateur électrique (402) et/ou le quatrième générateur électrique (404) est relié au deuxième corps rotatif (20, 22, 26). - Aéronef (100) selon la revendication 8, dans lequel le premier corps rotatif (20, 22, 26) est un corps haute pression (222, 262, 282) et le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) est un corps basse pression (20, 220, 260, 280).
- Aéronef (100) selon la revendication 8, dans lequel le premier corps rotatif (20, 22, 26) est un corps basse pression (20, 220, 260, 280) et le deuxième corps rotatif (20, 22, 26) est un corps haute pression (222, 262, 282).
- Procédé de contrôle (E) d’un système électrique (4) selon la revendication 6, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur (45) et comprenant :
le pilotage (E1) du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC) ;
la réception (E2) d’une première mesure (m1) d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique (401) sur le premier bus (411_AC) ;
la réception (E3) d’une deuxième mesure (m2) d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique (402) et le deuxième convertisseur (422) ;
la comparaison (E4) d’un rapport (m1/m2) entre la première mesure (m1) et la deuxième mesure (m2) avec une valeur de référence ; et
le pilotage (E5) du premier convertisseur (421) de sorte à ce que, si le rapport est différent de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus (411_AC). - Procédé de contrôle (E’) d’un système électrique (4) selon la revendication 6, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur (45) et comprenant :
la réception (E’1) d’une mesure (m1’) d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique (401) sur le premier bus (411_AC) ;
la comparaison (E’2) de la mesure (m1’) avec une valeur de référence ;
le pilotage (E’3) du premier convertisseur (421) de sorte à ce que, si la mesure (m1’) est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le premier bus (411_AC) ; et
le pilotage (E’4) du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC). - Procédé de contrôle (E’’) d’un système électrique (4) selon la revendication 6, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur (45) et comprenant :
la réception (E’’1) d’une mesure (m2’’) d’une puissance électrique échangée entre le deuxième générateur électrique (402) et le deuxième convertisseur (422) ;
la comparaison (E’’2) de la mesure (m2’’) avec une valeur de référence ; et
le pilotage (E’’3) du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce que, si la mesure (m2’’) est différente de la valeur de référence, il fonctionne dans un mode forcé dans lequel il régule en puissance le deuxième bus (412_DC) ; et
le pilotage (E’’4) du premier convertisseur (421) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC). - Procédé de contrôle (E’, E’’’) selon l’une des revendications 12 et 13, comprenant en outre une étape de pilotage du premier générateur électrique (401) de sorte à ce qu’il régule en tension le premier bus (411_AC).
- Procédé de contrôle (E’’’) d’un système électrique (4) selon la revendication 7, le procédé étant mis en œuvre par le contrôleur (45) et comprenant :
la réception (E’’’1) d’une mesure (m1’’’) d’une puissance électrique injectée par le premier générateur électrique (401) sur le premier bus (411_AC) ;
la comparaison (E’’’2) de la mesure (m1’’’) avec une valeur de référence ;
le pilotage (E’’’3) du premier générateur électrique (401) de sorte à ce que, si la première mesure est différente de la première valeur de référence, il régule en puissance le premier bus (411_AC) ;
le pilotage (E’’’4) du premier convertisseur (421) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du premier bus (411_AC) et du deuxième convertisseur (422) de sorte à ce qu’il fonctionne en mode libre pour assurer la régulation en tension du deuxième bus (412_DC). - Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur du contrôleur (45), conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé (E, E’, E’’, E’’’) selon l’une des revendications 11 à 15.
- Support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur du contrôleur (45), conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé (E, E’, E’’, E’’’) selon l’une des revendications 11 à 15.
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| FR2911847A1 (fr) * | 2007-01-31 | 2008-08-01 | Hispano Suiza Sa | Circuit d'alimentation en energie electrique pour des equipements electriques d'un moteur d'aeronef |
| EP2801719A1 (fr) * | 2013-05-09 | 2014-11-12 | Rolls-Royce plc | Système électrique d'un aéronef |
| WO2020021214A1 (fr) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Safran | Système de génération de puissance électrique pour aéronef |
-
2022
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2023
- 2023-03-16 WO PCT/FR2023/050370 patent/WO2023175278A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2020021214A1 (fr) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Safran | Système de génération de puissance électrique pour aéronef |
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| WO2023175278A1 (fr) | 2023-09-21 |
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