FR3137416A1 - Système de propulsion pour aéronef avec turbomoteur couplé à un générateur électrique à puissance bridée en fonction du régime moteur - Google Patents

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Arnaud Nicolas MOREL
Jean-Baptiste Etienne Bernard Lepretre
Amaury Jean OLIVIER
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

Ce système de propulsion (12) pour aéronef comprend un turbomoteur (20), un système de pilotage (24), un organe (72) de détermination d’un régime moteur courant (Rc) du corps moteur du turbomoteur (20), et une machine tournante (22) couplée à l’arbre de transmission du turbomoteur (20) pour la génération de puissance électrique par prélèvement de puissance mécanique sur l’arbre de transmission. Le système de pilotage (24) est configuré pour limiter une puissance électrique courante (Pc) générée par la machine tournante (22), au moins lorsque le corps moteur est en phase d’accélération, à une puissance maximale autorisée (Pmax) fonction du régime moteur courant (Rc) avant accélération. Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Système de propulsion pour aéronef avec turbomoteur couplé à un générateur électrique à puissance bridée en fonction du régime moteur DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne un système de propulsion pour aéronef, du type comprenant un turbomoteur avec une chambre de combustion et un corps moteur, le corps moteur comportant une turbine en aval de la chambre de combustion, un compresseur en amont de la chambre de combustion et un arbre de transmission pour l’entraînement du compresseur par la turbine, le système de propulsion comprenant également un système de pilotage, un organe de détermination d’un régime moteur courant du corps moteur et une machine tournante couplée à l’arbre de transmission pour la génération de puissance électrique par prélèvement de puissance mécanique sur l’arbre de transmission.
La présente invention concerne également un procédé de pilotage d’un système de propulsion pour aéronef du type précité.
 ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Des systèmes de propulsion du type précité sont connus, par exemple de EP 3 845 750 A1 et US 7,514,810 B2.
Sur ces systèmes connus, le régime de ralenti moteur, c’est-à-dire la vitesse de rotation du corps moteur lorsque l’aéronef n’a pas besoin de propulsion, est le plus souvent unique et ne dépend pas de la puissance électrique générée par la machine tournante. Le régime de ralenti moteur est donc le même quelle que soit la puissance électrique générée par la machine tournante.
Il est par ailleurs connu que les systèmes de propulsion équipant les aéronefs doivent, pour des raisons de sécurité, être aptes en toute circonstance à rétablir la plus grande partie, typiquement plus de 90%, de leur poussée plein gaz en un temps critique très court, typiquement égal à 8 secondes. Cela implique notamment que le corps moteur d’un turbomoteur au ralenti doit être en mesure d’atteindre un pourcentage substantiel de son régime moteur plein gaz, c’est-à-dire de son régime moteur lorsque le turbomoteur produit sa poussée plein gaz, dans ledit temps critique. Il convient donc de dimensionner le régime de ralenti moteur de sorte à pouvoir remplir cet objectif lorsque le corps moteur est accéléré au maximum de ses capacités.
Il est encore connu que le taux d’accélération maximal supportable par le corps moteur d’un turbomoteur dépend du couple résistant appliqué audit corps moteur. En effet, le taux d’accélération du corps moteur d’un turbomoteur est fonction de la différence entre la température en sortie de la chambre de combustion durant la phase d’accélération et la température en sortie de la chambre de combustion lorsque le turbomoteur est en régime stabilisé : plus la différence de température est importante, plus le taux d’accélération est grand. Cette différence ne peut cependant pas être augmentée à volonté car la température en sortie de la chambre de combustion, pour un régime moteur donné, est plafonnée : plus la température en sortie de la chambre de combustion est élevée, plus le débit de sortie du compresseur est faible, au point que, au-delà d’une température seuil, le débit de sortie est insuffisant et le compresseur décroche. Le taux d’accélération maximal est donc fonction de la différence entre cette température seuil et la température en régime stabilisé. Or, pour un régime moteur donné, plus le couple résistant appliqué est important, plus la température en régime stabilisé est élevée, donc plus la différence entre la température seuil et la température en régime stabilisé, et de ce fait le taux d’accélération maximal, est faible.
On comprend donc aisément que, dans les systèmes de propulsion du type précité, le taux d’accélération maximal supportable par le corps moteur décroît à mesure que la puissance électrique générée par la machine tournante augmente.
Ainsi, dans les systèmes de propulsion connus, le taux d’accélération maximal autorisé en régime de ralenti moteur est au plus égal au taux d’accélération maximal supportable par le corps moteur lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante est maximale. En effet, le régime de ralenti moteur étant le même quelle que soit la puissance électrique générée par la machine tournante, toute autre valeur du taux d’accélération maximal autorisé conduirait à un décrochage du compresseur lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante est proche de son maximum.
Dans les systèmes de propulsion connus, le régime moteur au ralenti est donc fixé à une valeur telle que, en appliquant le taux d’accélération maximal supportable par le corps moteur lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante est maximale, le système de propulsion parvienne à rétablir la plus grande partie de sa poussée maximale dans le temps critique.
Cependant, ces systèmes connus ne donnent pas entière satisfaction. En effet, avec l’amélioration de la poussée produite par les systèmes de propulsion des avions et la réduction de la traînée de ces derniers, le rapport de la traînée sur la poussée au régime de ralenti moteur va décroissante. Or, il est nécessaire que ce rapport demeure suffisamment élevé pour que, au ralenti vol, la pente de descente soit suffisamment élevée. A défaut, il faut utiliser des moyens pour réduire la portance de l’avion ou augmenter sa traînée, ce qui est consommateur de carburant. De même, au ralenti sol, une poussée de ralenti trop élevée conduit à une usure accélérée des freins.
Un objectif de l’invention est de réduire la poussée au ralenti d’un système de propulsion pour aéronef.
A cet effet, l’invention a pour objet, selon un premier aspect, un système de propulsion du type précité, dans lequel le système de pilotage est configuré pour limiter une puissance électrique courante générée par la machine tournante, au moins lorsque le corps moteur est en phase d’accélération, à une puissance maximale autorisée fonction du régime moteur courant avant accélération.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, le système de propulsion présente également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) technique possible(s) :
  • le système de propulsion comprend un système de déduction d’un besoin futur de l’aéronef en puissance électrique générée par la machine tournante, le système de pilotage étant configuré pour accélérer le corps moteur lorsque ledit besoin futur est supérieur à la puissance maximale autorisée ;
  • le système de propulsion comprend un dispositif de détermination de la puissance électrique courante générée par la machine tournante, le système de pilotage étant configuré pour établir le régime moteur au-dessus d’un régime de ralenti fonction de la puissance électrique courante ;
  • lorsque le régime moteur est établi au régime de ralenti, la puissance électrique courante constitue la puissance maximale autorisée ;
  • le régime de ralenti est supérieur ou égal à un régime limite d’accélération pour lequel le corps moteur, accélérant à la limite du décrochage à partir dudit régime limite d’accélération pendant que la machine tournante génère la puissance électrique courante, atteint sans décrocher, en un temps imparti inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible auquel le turbomoteur produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz ;
  • le régime de ralenti est supérieur ou égal à un régime limite de surchauffe pour lequel, lorsque le corps moteur tourne audit régime limite de surchauffe pendant que la machine tournante génère la puissance électrique courante, la température des gaz en sortie du turbomoteur est égale à une température maximale prédéterminée ;
  • le régime de ralenti est égal au maximum du régime limite d’accélération et du régime limite de surchauffe ;
  • la puissance maximale autorisée est inférieure ou égale à une puissance limite d’accélération pour laquelle le corps moteur, accélérant à la limite du décrochage à partir du régime moteur courant pendant que la machine tournante génère ladite puissance limite d’accélération, atteint sans décrocher, en un temps imparti inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible auquel le turbomoteur produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz ;
  • la puissance maximale autorisée est inférieure ou égale à une puissance limite de surchauffe pour laquelle, lorsque le corps moteur tourne au régime courant pendant que la machine tournante génère ladite puissance limite de surchauffe, la température des gaz en sortie du turbomoteur est égale à une température maximale prédéterminée ;
  • la puissance maximale autorisée est égale au minimum de la puissance limite d’accélération et de la puissance limite de surchauffe ;
  • le système de pilotage est configuré pour limiter la puissance électrique générée par la machine tournante lorsque le corps moteur n’est pas en phase d’accélération ;
  • le système de propulsion comprend un moteur électrique couplé à l’arbre de transmission ; et
  • le turbomoteur est un turboréacteur.
L’invention a également pour objet, selon un second aspect, un procédé de pilotage d’un système de propulsion pour aéronef, le système de propulsion comprenant un turbomoteur avec une chambre de combustion et un corps moteur, le corps moteur comportant une turbine en aval de la chambre de combustion, un compresseur en amont de la chambre de combustion et un arbre de transmission pour l’entraînement du compresseur par la turbine, le système de propulsion comprenant également une machine tournante couplée à l’arbre de transmission pour la génération de puissance électrique par prélèvement de puissance mécanique sur l’arbre de transmission, le procédé de pilotage comprenant les étapes successives suivantes :
  • détermination d’un régime moteur courant du corps moteur,
  • définition d’une puissance maximale autorisée fonction du régime moteur courant, et
  • accélération du corps moteur, une puissance électrique courante générée par la machine tournante étant limitée à la puissance maximale autorisée.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention, le procédé de pilotage présente également l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) technique possible(s) :
  • le procédé de pilotage comprend également les étapes suivantes :
    • détermination de la puissance électrique courante générée par la machine tournante,
    • définition d’un régime de ralenti fonction de la puissance électrique courante, et
    • établissement du régime moteur au-dessus du régime de ralenti ;
  • le procédé de pilotage comprend également les étapes suivantes :
    • déduction d’un besoin futur de l’aéronef en puissance électrique générée par la machine tournante,
    • modification du régime de ralenti pour qu’il satisfasse audit besoin futur,
    • comparaison du nouveau régime de ralenti au régime moteur courant, et
    • si le nouveau régime de ralenti est supérieur au régime moteur courant, accélération du corps moteur ;
  • lors de l’étape d’établissement du régime moteur, le régime moteur est établi au régime de ralenti, la puissance électrique courante constituant alors la puissance maximale autorisée ;
  • le procédé de pilotage comprend également une étape d’accélération du corps moteur à partir dudit régime de ralenti pendant que la machine tournante génère la puissance électrique courante, le corps moteur atteignant sans décrocher, en un temps imparti inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible auquel le turbomoteur produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz ;
  • la définition du régime de ralenti comprend les sous-étapes suivantes :
    • calcul d’un régime limite d’accélération pour lequel le corps moteur, accélérant à la limite du décrochage à partir dudit régime limite d’accélération pendant que la machine tournante génère la puissance électrique courante, atteint sans décrocher, en un temps imparti inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible auquel le turbomoteur produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz, et
    • attribution au régime de ralenti d’une valeur supérieure ou égale à celle du régime limite d’accélération ;
  • la définition du régime de ralenti comprend les sous-étapes suivantes :
    • calcul d’un régime limite de surchauffe pour lequel, lorsque le corps moteur tourne audit régime limite de surchauffe pendant que la machine tournante génère la puissance électrique courante, la température des gaz en sortie du turbomoteur est égale à une température maximale prédéterminée, et
    • attribution au régime de ralenti d’une valeur supérieure ou égale à celle du régime limite de surchauffe ;
  • la définition du régime de ralenti comprend l’attribution au régime de ralenti d’une valeur égale au maximum du régime limite d’accélération et du régime limite de surchauffe ;
  • le procédé de pilotage comprend également une étape d’accélération du corps moteur à partir du régime moteur courant pendant que la machine tournante génère la puissance maximale autorisée, le corps moteur atteignant sans décrocher, en un temps imparti inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible auquel le turbomoteur produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz ;
  • la définition de la puissance maximale autorisée comprend les sous-étapes suivantes :
    • calcul d’une puissance limite d’accélération pour laquelle le corps moteur, accélérant à la limite du décrochage à partir du régime moteur courant pendant que la machine tournante génère ladite puissance limite d’accélération, atteint sans décrocher, en un temps imparti inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible auquel le turbomoteur produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz, et
    • attribution à la puissance maximale d’une valeur inférieure ou égale à celle de la puissance limite d’accélération ;
  • la définition de la puissance maximale autorisée comprend les sous-étapes suivantes :
    • calcul d’une puissance limite de surchauffe pour laquelle, lorsque le corps moteur tourne au régime courant pendant que la machine tournante génère ladite puissance limite de surchauffe, la température des gaz en sortie du turbomoteur est égale à une température maximale prédéterminée, et
    • attribution à la puissance maximale d’une valeur inférieure ou égale à celle de la puissance limite de surchauffe ;
  • la définition de la puissance maximale autorisée comprend l’attribution à la puissance maximale d’une valeur égale, au minimum des valeurs de la puissance limite d’accélération et de la puissance limite de surchauffe ;
  • le procédé comprend également, avant l’étape d’accélération du corps moteur, une étape de limitation de la puissance électrique générée par la machine tournante pendant que le corps moteur tourne au régime moteur courant ; et
  • l’étape d’accélération comprend l’injection de puissance mécanique sur l’arbre de transmission par un moteur électrique couplé à l’arbre de transmission.
 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
  • la est une vue de dessus d’un aéronef comprenant deux systèmes de propulsion selon un exemple de réalisation de l’invention,
  • la est un schéma-bloc de l’un des systèmes de propulsion de l’aéronef de la ,
  • la est une vue simplifiée en coupe longitudinale d’un turbomoteur du système de propulsion de la ,
  • la est un diagramme illustrant un procédé mis en œuvre par un système de pilotage du système de propulsion de la ,
  • la est un graphique donnant la relation entre un régime de ralenti de moteur et une puissance électrique courante du système de propulsion de la ,
  • la est un premier graphique présentant les courbes caractéristiques d’un compresseur du turbomoteur de la dans différents scénarios,
  • la est un premier graphique donnant l’évolution dans le temps du régime moteur du turbomoteur de la dans différents scénarios,
  • la est un premier graphique donnant la relation entre le régime moteur et la température en sortie du turbomoteur de la dans différents scénarios,
  • la est un graphique donnant la relation entre un régime moteur courant et une puissance maximale autorisée du système de propulsion de la ,
  • la est un deuxième graphique donnant l’évolution dans le temps du régime moteur du turbomoteur de la dans différents scénarios,
  • la est un deuxième graphique présentant les courbes caractéristiques d’un compresseur du turbomoteur de la dans différents scénarios, et
  • la est un deuxième graphique donnant la relation entre le régime moteur et la température en sortie du turbomoteur de la dans différents scénarios.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
L’aéronef 10 représenté sur la comprend des systèmes de propulsion 12 pour le propulser.
Dans l’exemple représenté, l’aéronef 10 est un avion. Celui-ci comprend, de manière classique, un fuselage 14, un empennage 16 et deux ailes 18. Les systèmes de propulsion 12 sont ici au nombre de deux et sont chacun logés sous une aile 18 respective. En variante (non représentée), les systèmes de propulsion 12 sont disposés le long du fuselage 14, par exemple à proximité de l’empennage 16. En variante encore (également non représentée), l’aéronef 10 comprend un seul système de propulsion 12 ou au moins trois systèmes de propulsion 12.
L’aéronef 10 comprend également un réseau électrique (non représenté).
L’un des systèmes de propulsion 12 est représenté sur la .
Ce système de propulsion 12 comprend un turbomoteur 20, une machine tournante 22 pour la génération d’électricité, et un système de pilotage 24. Dans l’exemple représenté, le système de propulsion 12 comprend également au moins une source auxiliaire de puissance électrique 26, par exemple une batterie ou une pile à combustible, et un moteur électrique 28.
Le système de propulsion 12 comprend également un organe de transmission 29 pour transmettre au réseau électrique de l’aéronef 10 l’électricité produite par la machine tournante 22 ou fournie par la ou chaque source auxiliaire de puissance 26.
En référence à la , le turbomoteur 20 comprend, de manière classique, un carter moteur 30, une veine interne 32 de circulation d’un flux d’air à travers le carter moteur 30, une chambre de combustion 34 logée dans la veine 32, un corps moteur 36 et une tuyère d’échappement des gaz 38.
Dans la suite, les termes « amont » et « aval » s’entendent en référence à un sens d’écoulement d’un flux d’air à travers la veine 32.
Le corps moteur 36 comprend un compresseur 40, une turbine 42 et un arbre de transmission 44 couplant la turbine 42 au compresseur 40 pour l’entraînement du compresseur 40 par la turbine 42. Le compresseur 40 est disposé en amont de la chambre de combustion 34 et alimente la chambre de combustion 34 en air comprimé. La turbine 42 est disposée en aval de la chambre de combustion 34 et reçoit les gaz d’échappement sortant de la chambre de combustion 34.
L’arbre de transmission 44 a pour axe de rotation un axe longitudinal X. L’axe longitudinal X est typiquement un axe de symétrie angulaire du turbomoteur 20, c’est-à-dire qu’il existe au moins un angle pour lequel le turbomoteur 20 est invariant par rotation autour de l’axe longitudinal X.
L'arbre de transmission 44 est guidé en rotation par rapport au carter moteur 30 par le biais de paliers (non représentés).
Le corps moteur 36 est apte à tourner autour de l’axe X à une vitesse de rotation appelée régime moteur. Ce régime moteur est notamment fonction de la température des gaz en sortie de la chambre de combustion 34.
Dans l’exemple représenté, le turbomoteur 20 est un turbomoteur à multiples corps, en particulier à double corps, comprenant un corps basse pression 50 en plus du corps moteur 36. Le corps moteur 36 constitue alors un corps haute pression, le compresseur 40 étant un compresseur haute pression, la turbine 42 étant une turbine haute pression et l’arbre de transmission 44 étant un arbre haute pression.
Le corps basse pression 50 comprend un compresseur basse pression 52, une turbine basse pression 54 et un arbre basse pression 56 couplant la turbine basse pression 54 au compresseur basse pression 52 pour l’entraînement du compresseur basse pression 52 par la turbine basse pression 54.
Le compresseur basse pression 52 est disposé en amont du compresseur haute pression 40 et alimente ce dernier en air comprimé. La turbine basse pression 54 est disposée en aval de la turbine haute pression 42 et reçoit les gaz d’échappement sortant de cette dernière.
L'arbre basse pression 56 est guidé en rotation par rapport au carter moteur 30 par le biais de paliers (non représentés).
L'arbre basse pression 56 est coaxial à l'arbre haute pression 44. Il a donc également pour axe de rotation l’axe longitudinal X. En particulier, l'arbre basse pression 56 s'étend à l'intérieur de l'arbre haute pression 44.
Dans l’exemple représenté, le turbomoteur 20 est également un turbomoteur à double flux comprenant une soufflante 60 pour entraîner le flux d'air dans une veine de circulation externe 62 entourant le carter moteur 30. On distingue ainsi un flux d’air primaire A (chaud), constitué par la portion du flux d’air entraînée dans la veine de circulation interne 32, et un flux d’air secondaire B (froid), constitué par la portion du flux d’air entraînée dans la veine de circulation externe 62.
Le turbomoteur 20 est avantageusement à taux de dilution (en anglais « bypass ratio ») élevé, le taux de dilution étant défini comme le rapport du débit du flux secondaire B (froid) sur le débit du flux primaire A (chaud).
La soufflante 60 comprend un disque de soufflante 64 pourvu d'aubes de soufflante 66 à sa périphérie qui, lorsqu'elles sont mises en rotation, entraînent le flux d'air dans la veine de circulation externe 62.
Ici, la soufflante 60 est disposée en amont de la veine de circulation interne 32 et entraîne également le flux d’air dans cette dernière.
La veine de circulation externe 62 est ici définie entre le carter moteur 30 et un carter de soufflante 67 entourant la soufflante 60.
La soufflante 60 est entraînée en rotation par la turbine basse pression 54, par l'intermédiaire de l'arbre basse pression 56. Dans l’exemple représenté, cet entraînement est indirect, afin de permettre à la soufflante 60 de tourner à une vitesse inférieure à celle de la turbine basse pression 54. A cet effet, Le turbomoteur 20 comprend ici un arbre de soufflante 68 sur lequel le disque de soufflante 64 est monté fixe et un réducteur 70 couplant l'arbre de soufflante 68 à l'arbre basse pression 56. La soufflante 60 est ainsi entraînée en rotation par l'arbre basse pression 56 par l'intermédiaire du réducteur 70 et de l'arbre de soufflante 68.
L'arbre de soufflante 68 est guidé en rotation par rapport au carter moteur 30 par le biais de paliers (non représentés).
Le turbomoteur 20 est typiquement un turboréacteur.
Comme visible sur la , la machine tournante 22 est couplée à l’arbre haute pression 44 de façon à être entraînée en rotation par ledit arbre haute pression 44. Elle est propre à générer une puissance électrique par prélèvement de puissance mécanique sur ledit arbre haute pression 44.
Avantageusement, la machine tournante 22 est propre à être découplée de l’arbre haute pression 44.
Toujours en référence à la , le moteur électrique 28 est couplé à l’arbre haute pression 44 de façon à entraîner ledit arbre haute pression 44 en rotation autour de l’axe X. Ce moteur 28 est propre à convertir une puissance électrique en puissance mécanique et à injecter cette dernière sur l’arbre haute pression 44.
Avantageusement, le moteur électrique 28 est propre à être découplé de l’arbre haute pression 44.
De retour à la , le système de pilotage 24 comprend un module 72 de contrôle moteur et un module 74 de commande des sources électriques. Il comprend également un système 76 de bridage des prélèvements de puissance et un système 78 de gestion du ralenti moteur.
Le module de contrôle moteur 72 est configuré pour piloter le régime moteur du corps moteur 36. A cet effet, le module de contrôle moteur 72 est configuré pour déterminer un régime courant Rcdu corps moteur 36 et pour communiquer au moins un paramètre de commande P1, P2au turbomoteur 20 et/ou au moteur électrique 28 pour établir le régime moteur à un régime cible.
Le régime courant Rcest par exemple déterminé par le module de contrôle moteur 72 sur la base des paramètres de commande P1, P2communiqués par le module de contrôle moteur 72 au turbomoteur 20 et/ou au moteur électrique 28 (fonctionnement en boucle ouverte). En variante, le régime courant Rcest communiqué au module de contrôle moteur 72 par un capteur (non représenté) du turbomoteur 20 (fonctionnement en boucle fermée).
Le module de contrôle moteur 72 est en particulier configuré pour communiquer au turbomoteur 20 au moins un paramètre de commande P1adapté pour stabiliser le régime moteur au-dessus d’un régime de ralenti Rrfourni par le système de gestion 78. Il est également configuré pour recevoir une consigne de poussée Cpde l’aéronef 10 et pour communiquer au turbomoteur 20 et/ou au moteur électrique 28 au moins un paramètre de commande P1, P2adapté pour accélérer le corps moteur 36 à un taux d’accélération fonction de la consigne de poussée Cpet du régime moteur courant Rc. Le taux d’accélération est plafonné à un taux d’accélération maximal Tmaxfourni par le système de gestion 78.
La consigne de poussée Cpest inférieure ou égale à une consigne de poussée plein gaz. Cette consigne de poussée plein gaz est, de manière connue, destinée à induire la mise en mouvement de la soufflante 60 à un régime prédéterminé de manière à obtenir une poussée dite « plein gaz » fonction des conditions de vol. A ce régime prédéterminé de la soufflante 60 correspond un régime que nous appellerons « plein gaz » du corps moteur 36, qui est ainsi lui-même fonction des conditions de vol. Ce régime plein gaz est noté Rgazsur les Figures. Lorsque la consigne de poussée Cpest égale à la consigne de poussée plein gaz, cela est donc interprétée par le module de contrôle moteur 72 comme une consigne d’accélération du corps moteur 36 audit régime plein gaz.
Un premier paramètre de commande P1, communiqué au turbomoteur 20, est par exemple une consigne de dosage de combustible à injecter dans la chambre de combustion 34. Un deuxième paramètre de commande P2, communiqué au moteur électrique 28, est par exemple une consigne de couple.
Le module de contrôle moteur 72 est encore configuré pour communiquer le régime moteur courant Rcau système de bridage 76.
Le module de commande 74 est configuré pour piloter la puissance électrique fournie au réseau électrique de l’aéronef 10 par la machine tournante 22 et la ou chaque source auxiliaire 26. A cet effet, le module de commande 74 est configuré pour déterminer une puissance électrique courante Pcgénérée par la machine tournante 22 et une puissance électrique auxiliaire Pafournie par la ou les source(s) auxiliaire(s) 26 et pour communiquer à la machine tournante 22 et/ou à la ou chaque source auxiliaire 26 au moins une consigne C1, C2adaptée pour ajuster la puissance électrique courante Pcet la puissance électrique auxiliaire Pa.
Les puissances électriques courante et auxiliaire Pc, Pasont par exemple déterminées par le module de commande 74 sur la base des consignes C1, C2communiquées par le module de commande 74 à la machine tournante 22 et à la ou chaque source auxiliaire 26 (fonctionnement en boucle ouverte). En variante, les puissances électriques courante et auxiliaire Pc, Pasont communiquées au module de commande 74 par des capteurs (non représentés) au niveau de la machine tournante 22, de la ou chaque source auxiliaire 26 et/ou de l’organe de transmission 29 (fonctionnement en boucle fermée).
Une première consigne C1, communiquée à la machine tournante 22, est par exemple une consigne d’injection d’un courant d’excitation dans un bobinage de la machine tournante 22. Une deuxième consigne C2, communiquée à une source auxiliaire 26, est par exemple une consigne de fermeture d’un interrupteur de raccordement de la source auxiliaire 26 à l’organe de distribution 29.
Typiquement, le module de commande 74 est configuré pour recevoir une information ICsur les besoins courants de l’aéronef 10 en puissance électrique et pour communiquer à la machine tournante 22 et/ou à la ou chaque source auxiliaire 26 au moins une consigne C1, C2adaptée pour que la somme des puissances électriques courante et auxiliaire Pc, Pasatisfasse les besoins reflétés par l’information IC.
En particulier, le module de commande 74 est configuré pour limiter la puissance électrique courante Pc, au moins lors de certaines phases, à une puissance électrique maximale autorisée Pmaxfournie par le système de bridage 76, et pour commander la ou les sources auxiliaires 26 de sorte que cette ou ces dernière(s) complète(nt) les besoins de l’aéronef 10 en puissance électrique. En d’autres termes, le module de commande 74 est configuré pour commander la machine tournante 22 de sorte que la puissance électrique courante Pcgénérée par cette dernière soit égale à la puissance Pmaxou, si ceux-ci sont inférieurs, aux besoins courants reflétés par l’information IC, et pour commander la ou les sources auxiliaires 26 de sorte que cette ou ces dernière(s) fournisse(nt), lorsque les besoins courants reflétés par l’information ICsont supérieurs à la puissance Pmax, une puissance électrique auxiliaire Paégale à la différence entre lesdits besoins courants et la puissance Pmax.
Le module de commande 74 est configuré pour appliquer cette limitation de la puissance électrique courante Pcnotamment lorsque le corps moteur 36 est en phase d’accélération. De préférence, le module de commande 74 est configuré pour appliquer cette limitation de la puissance électrique courante Pcà tout moment, y compris lorsque le corps moteur 36 n’est pas en phase d’accélération.
Avantageusement, le module de commande 74 est également configuré pour communiquer la puissance électrique courante Pcau système de gestion 78.
Le système de bridage 76 est configuré pour recevoir du module de contrôle moteur 72 une information représentative du régime moteur courant Rcet pour déduire de cette dernière la puissance maximale autorisée Pmax. Le système de bridage 76 est également configuré pour communiquer cette puissance maximale autorisée Pmaxau module de commande 74.
En particulier, le système de bridage 76 est configuré pour déterminer la puissance maximale autorisée Pmaxde sorte que les deux contraintes suivantes soient respectées :
  • le corps moteur 36, accélérant à partir du régime moteur courant Rcpendant que la machine tournante 22 génère la puissance maximale autorisée Pmax, atteigne sans décrocher en un temps imparti ti( ) inférieur ou égal à 10 secondes, par exemple compris entre 7,5 et 8,5 secondes, un régime cible Rcible( ) auquel le turbomoteur 20 produit un pourcentage substantiel, typiquement compris entre 89 et 91%, de la poussée plein gaz, et
  • la température en sortie du turbomoteur 20, par exemple en sortie de la turbine basse pression 54, reste en-dessous d’une température maximale T°max( ) prédéterminée lorsque le corps moteur 36 tourne au régime courant Rcpendant que la machine tournante 22 génère la puissance maximale autorisée Pmax.
A cet effet, le système de bridage 76 est configuré pour déterminer la puissance maximale autorisée Pmaxde sorte qu’elle soit inférieure ou égale à :
  • une puissance limite d’accélération pour laquelle le corps moteur 36, accélérant à la limite du décrochage à partir du régime moteur courant Rcpendant que la machine tournante 22 génère ladite puissance limite d’accélération, atteint sans décrocher ledit régime cible Rcibledans ledit temps imparti ti, et à
  • une puissance limite de surchauffe pour laquelle, lorsque le corps moteur 36 tourne au régime courant Rcpendant que la machine tournante 22 génère ladite puissance limite de surchauffe, la température des gaz en sortie du turbomoteur 20 est égale à ladite température maximale T°maxprédéterminée.
En particulier, le système de bridage 76 est configuré pour déterminer la puissance maximale autorisée Pmaxde sorte qu’elle soit égale au minimum de la puissance limite d’accélération et de la puissance limite de surchauffe.
A cet effet, le système de bridage 76 est par exemple configuré pour calculer, à partir de paramètres du turbomoteur 20 et du régime moteur courant Rc, la puissance limite d’accélération et la puissance limite de surchauffe, et pour déterminer ensuite la puissance maximale autorisée Pmaxen fonction desdites puissances limites. En variante, une puissance maximale autorisée Pmaxrespectant ces contraintes et fonction des conditions de vol a été déterminée en amont pour chaque régime moteur possible, et le système de bridage 76 est paramétré avec une fonction associant à chaque régime moteur possible, en fonction des conditions de vol, la puissance maximale autorisée Pmaxcorrespondante.
Le système de gestion 78 est configuré pour recevoir du module de commande 74 une information représentative de la puissance électrique courante Pcet pour déduire de cette dernière le régime de ralenti Rret le taux d’accélération maximal Tmax. Le système de gestion 78 est également configuré pour communiquer lesdits régime de ralenti Rret taux d’accélération maximal Tmaxau module de contrôle moteur 72.
En particulier, le système de gestion 78 est configuré pour définir le taux d’accélération maximal Tmaxen-deçà d’un taux d’accélération limite au-delà duquel le compresseur 40 décroche lorsque la puissance électrique courante Pcest générée.
Le système de gestion 78 est par ailleurs configuré pour définir le régime de ralenti Rrde sorte que les deux contraintes suivantes soient respectées :
  • le corps moteur 36, accélérant à partir du régime de ralenti Rrau taux d’accélération maximal Tmaxpendant que la machine tournante 22 génère la puissance électrique courante Pc, atteigne sans décrocher le régime cible Rcibledans le temps imparti ti, et
  • la température en sortie du turbomoteur 20, par exemple en sortie de la turbine basse pression 54, reste en-dessous de la température maximale T°maxprédéterminée lorsque le corps moteur 36 tourne au régime de ralenti Rrpendant que la machine tournante 22 génère la puissance électrique courante Pc.
A cet effet, le système de gestion 78 est configuré pour déterminer le régime de ralenti Rrde sorte qu’il soit supérieur ou égal à :
  • un régime limite d’accélération pour lequel le corps moteur 36, accélérant à la limite du décrochage à partir dudit régime limite d’accélération pendant que la machine tournante 22 génère la puissance électrique courante Pc, atteint sans décrocher ledit régime cible Rcibledans ledit temps imparti ti, et à
  • un régime limite de surchauffe pour lequel, lorsque le corps moteur 36 tourne audit régime limite de surchauffe pendant que la machine tournante 22 génère la puissance électrique courante Pc, la température des gaz en sortie du turbomoteur 20 est égale à la température maximale T°maxprédéterminée.
En particulier, le système de gestion 78 est configuré pour déterminer le régime de ralenti Rrde sorte qu’il soit égal au maximum du régime limite d’accélération et du régime limite de surchauffe.
A cet effet, le système de gestion 78 est par exemple configuré pour calculer, à partir de paramètres du turbomoteur 20 et de la puissance électrique courante Pc, le régime limite d’accélération et le régime limite de surchauffe, et pour déterminer ensuite le régime de ralenti Rren fonction desdits régimes limites. En variante, un régime de ralenti Rrrespectant ces contraintes et fonction des conditions de vol a été déterminé en amont pour chaque puissance électrique générée possible, et le système de gestion 78 est paramétré avec une fonction associant à chaque puissance électrique générée possible, en fonction des conditions de vol, le régime de ralenti Rrcorrespondant.
On comprend aisément que, lorsque le régime moteur est établi au régime de ralenti Rr, la puissance électrique courante Pcconstitue la puissance maximale autorisée Pmax.
Le système de gestion 78 est encore configuré pour recevoir de l’aéronef 10 une information Ifreprésentative d’un besoin futur de l’aéronef 10 en puissance électrique et pour déduire de cette information Ifle besoin futur de l’aéronef 10 en puissance électrique. Le système de gestion 78 est également configuré pour modifier le régime de ralenti Rrpour qu’il satisfasse à ce besoin futur et pour communiquer le régime de ralenti Rrainsi modifié au module de contrôle moteur 72.
En particulier, le système de gestion 78 est configuré pour ne modifier le régime de ralenti Rrsur la base de l’information Ifque lorsque le besoin futur est supérieur à la puissance électrique courante Pc(étant entendu que le système de gestion 78 est par ailleurs configuré pour modifier le régime de ralenti Rr, à la hausse ou à la baisse, en fonction de la puissance électrique courante Pc). Le système de gestion 78 est configuré pour que, dans un tel cas, le régime de ralenti Rrsoit augmenté de sorte que les deux contraintes suivantes soient respectées :
  • le corps moteur 36, accélérant à partir du régime de ralenti Rrau taux d’accélération maximal Tmaxpendant que la machine tournante 22 génère une puissance électrique égale au besoin futur, atteigne sans décrocher le régime cible Rcibledans le temps imparti ti, et
  • la température en sortie du turbomoteur 20, par exemple en sortie de la turbine basse pression 54, reste en-dessous de la température maximale T°maxprédéterminée lorsque le corps moteur 36 tourne au régime de ralenti Rrpendant que la machine tournante 22 génère une puissance électrique égale au besoin futur.
A cet effet, le système de gestion 78 est configuré pour modifier le régime de ralenti Rrde sorte qu’il soit supérieur ou égal à :
  • un futur régime limite d’accélération pour lequel le corps moteur 36, accélérant à la limite du décrochage à partir dudit futur régime limite d’accélération pendant que la machine tournante 22 génère une puissance électrique égale au besoin futur, atteint sans décrocher ledit régime cible Rcibledans ledit temps imparti ti, et à
  • un futur régime limite de surchauffe pour lequel, lorsque le corps moteur 36 tourne audit futur régime limite de surchauffe pendant que la machine tournante 22 génère une puissance électrique égale au besoin futur, la température des gaz en sortie du turbomoteur 20 est égale à la température maximale T°maxprédéterminée.
En particulier, le système de gestion 78 est configuré pour modifier le régime de ralenti Rrde sorte qu’il soit égal au maximum du futur régime limite d’accélération et du futur régime limite de surchauffe.
A cet effet, le système de gestion 78 est par exemple configuré pour calculer, à partir de paramètres du turbomoteur 20 et du besoin futur, le futur régime limite d’accélération et le futur régime limite de surchauffe, et pour modifier ensuite le régime de ralenti Rren fonction desdits futurs régimes limites. En variante, un régime de ralenti Rrrespectant ces contraintes et fonction des conditions de vol a été déterminé en amont pour chaque puissance électrique générée possible, et le système de gestion 78 est paramétré avec une fonction associant à chaque puissance électrique générée possible le régime de ralenti Rrcorrespondant en fonction des conditions de vol.
On comprend aisément que, lorsque le besoin futur est supérieur à la puissance maximale autorisée Pmax, le régime de ralenti Rrainsi modifié se retrouve porté à une valeur supérieure à celle du régime courant Rc. Cela entraîne mécaniquement une accélération du corps moteur 36, puisque le module de contrôle moteur 72 est configuré pour établir le régime moteur au-dessus du régime de ralenti Rr.
Le système de pilotage 24, dont notamment le module de contrôle moteur 72, le module de commande 74, le système de bridage 76 et le système de gestion 78, est typiquement réalisé sous la forme d'un programme d’ordinateur stocké dans une mémoire d’un système de traitement (non représenté) du système de propulsion 12 et apte à être exécuté par un processeur (non représenté) associé à ladite mémoire. En variante, le système de pilotage 24 est réalisé au moins partiellement sous la forme d'un composant logique programmable, ou encore sous la forme d'un circuit intégré dédié, inclus dans le système de propulsion 12.
Un procédé de pilotage 100 mis en œuvre par le système de propulsion 12 va maintenant être décrit, en référence à la .
Ce procédé 100 comprend une première étape 110 de détermination de la puissance électrique courante Pc. Lors de cette étape 110, le module de commande 74 détermine la puissance électrique courante Pcgénérée par la machine tournante 22, par exemple sur la base des consignes C1, C2qu’il communique à la machine tournante 22 ou sur la base d’une information communiquée au module de commande 74 par un capteur (non représenté) au niveau de la machine tournante 22 ou de l’organe de transmission 29 (fonctionnement en boucle fermée).
Cette étape 110 est suivie d’une étape 120 de définition du régime de ralenti Rr. Au cours de cette étape, le système de gestion 78 définit le régime de ralenti Rren fonction de la puissance électrique courante Pc.
Dans l’exemple représenté, l’étape 120 comprend une première sous-étape 122 de calcul du régime limite d’accélération, une deuxième sous-étape 124 de calcul du régime limite de surchauffe, et une troisième sous-étape 126 d’attribution d’une valeur au régime de ralenti Rr. Au cours de la première sous-étape 122, le système de gestion 78 calcule le régime limite d’accélération en fonction de la puissance électrique courante Pc. Au cours de la deuxième sous-étape 124, le système de gestion 78 calcule le régime limite de surchauffe en fonction de la puissance électrique courante Pc. Enfin, au cours de la troisième sous-étape 126, le système de gestion 78 attribue au régime de ralenti Rrune valeur supérieure ou égale à celles du régime limite d’accélération et du régime limite de surchauffe. Typiquement, le système de gestion 78 attribue au régime de ralenti Rr, lors de cette sous-étape 126, une valeur égale au maximum du régime limite d’accélération et du régime limite de surchauffe.
En variante (non représentée), l’étape 120 comprend la seule sous-étape 126 d’attribution d’une valeur au régime de ralenti Rr. Dans cette variante, le système de gestion 78 attribue au régime de ralenti Rr, au cours de cette sous-étape 126, une valeur déterminée par une fonction paramétrée dans le système de gestion 78, ladite fonction associant à la puissance électrique courante Pc, pour une condition de vol donnée, le régime de ralenti Rrcorrespondant. Un exemple d’une telle fonction est donné sur la .
Comme visible sur la , le régime de ralenti moteur Rrva croissant avec la puissance électrique courante Pc : le premier régime de ralenti moteur Rr1associé à une première puissance courante Pc1est inférieur au deuxième régime de ralenti moteur Rr2associé à une deuxième puissance courante Pc2supérieure à la première puissance courante Pc 1. Cela s’explique aisément, comme détaillé ci-dessous en référence aux Figures 6 à 8.
La est un graphique débit / taux de compression présentant les courbes caractéristiques du compresseur haute pression 40 du turbomoteur 20 dans différents scénarios. Y sont représentées :
  • la ligne de pompage Lp du compresseur haute pression 40 ; comme bien connu de l’homme du métier, il s’agit d’une ligne au-delà de laquelle le compresseur haute pression 40 décroche ;
  • la ligne de marge Lm du compresseur haute pression 40 ; comme bien connu de l’homme du métier, il s’agit d’une ligne au-delà de laquelle les risques de décrochage du compresseur haute pression 40 ne permettent pas de respecter les exigences de sécurité aéronautique ;
  • les lignes de fonctionnement LfPc1et LfPc2du compresseur haute pression 40 lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale, respectivement, à la première puissance courante Pc1et à la deuxième puissance courante Pc 2 ; comme bien connu de l’homme du métier, ces lignes de fonctionnement LfPc1et LfPc2définissent les couples débit – taux de compression pour lesquels le compresseur haute pression 40 a un fonctionnement stable lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale, respectivement, à la première puissance courante Pc1et à la deuxième puissance courante Pc2;
  • les lignes isorégime LiRr1, LiRr 2et LiRgazdu compresseur haute pression 40 au premier régime de ralenti moteur Rr1, au deuxième régime de ralenti moteur Rr 2et au régime plein gaz Rgaz ; comme bien connu de l’homme du métier, ces lignes isorégime LiRr1, LiRr 2et LiR gazdéfinissent les couples débit – taux de compression atteignables par le compresseur haute pression 40 lorsque le corps moteur 36 tourne, respectivement, au premier régime de ralenti moteur Rr1, au deuxième régime de ralenti moteur Rr 2et au régime plein gaz Rgaz ; et
  • les courbes de transitoire d’accélération Ta1-1-1, Ta1-1-2et Ta2-2-2représentant la variation du taux de compression en fonction du débit lorsque le corps moteur 36 est respectivement accéléré :
    • depuis le premier régime de ralenti moteur Rr1, à un premier taux d’accélération T1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la première puissance courante Pc1,
    • depuis le premier régime de ralenti moteur Rr1, au premier taux d’accélération T1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2, et
    • depuis le deuxième régime de ralenti moteur Rr2, à un deuxième taux d’accélération T2inférieur au premier taux d’accélération T1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2.
La quant à elle est un graphique donnant l’évolution dans le temps du régime moteur du corps moteur 36 dans différents scénarios. Y sont représentées :
  • une première courbe d’accélération Ca1-1du corps moteur 36 lorsque ce dernier est accéléré depuis le premier régime de ralenti moteur Rr1au premier taux d’accélération T1,
  • une deuxième courbe d’accélération Ca1-2du corps moteur 36 lorsque ce dernier est accéléré depuis le premier régime de ralenti moteur Rr1au deuxième taux d’accélération T2, et
  • une troisième courbe d’accélération Ca2-2du corps moteur 36 lorsque ce dernier est accéléré depuis le deuxième régime de ralenti moteur Rr2au deuxième taux d’accélération T2.
Comme visible sur la , la courbe transitoire d’accélération Ta1-1-1longe en partie la ligne de marge Lm. Cela signifie que le compresseur haute pression 40 est à la limite du décrochage durant la phase d’accélération au premier taux d’accélération T1. Le premier taux d’accélération T1constitue donc le taux d’accélération maximal Tmaxpour la première puissance courante Pc1. Comme illustré par la courbe d’accélération Ca1-1sur la , ce taux d’accélération T1permet bien d’accélérer le corps moteur 36 depuis le premier régime de ralenti moteur Rr1de sorte à atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti ti.
Si l’on voulait accélérer le corps moteur 36 à ce même premier taux d’accélération T1depuis le même première régime moteur Rr1lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2, le taux de compression du compresseur haute pression 40 suivrait la courbe transitoire d’accélération Ta1-1-2. Or, comme visible sur la , cette courbe transitoire d’accélération Ta1-1-2franchit la ligne de marge Lm. Accélérer le corps moteur 36 au premier taux d’accélération T1lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2implique donc des risques excessifs de décrochage du compresseur haute pression 40, de sorte que ce premier taux d’accélération T1est inadmissible. Pour accélérer le corps moteur 36 lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2, il convient donc d’utiliser un taux d’accélération plus faible pour lequel la courbe transitoire d’accélération longe au moins en partie la ligne de marge Lm sans jamais la franchir : ce taux d’accélération plus faible est constitué par le deuxième taux d’accélération T2, comme illustré par la courbe de transitoire d’accélération Ta2-2-2sur la .
Cependant, comme illustré par la courbe d’accélération Ca1-2sur la , accélérer le corps moteur 36 au deuxième taux d’accélération T2depuis le premier régime de ralenti moteur Rr1ne permet pas d’atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti ti. Pour atteindre cet objectif, il est donc nécessaire de relever le régime de ralenti moteur Rrau deuxième régime de ralenti moteur Rr2, comme illustré par la courbe Ca2-2de la .
Le deuxième régime de ralenti moteur Rr2doit donc être supérieur au premier régime de ralenti moteur Rr1pour permettre au corps moteur 36 d’atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti ti, sans décrocher, lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2.
Le deuxième régime de ralenti moteur Rr2doit également être supérieur au premier régime de ralenti moteur Rr1pour éviter que la température des gaz d’échappement en sortie du turbomoteur 20 n’excède la température maximale T°max, comme on le comprend à la lecture de la .
La est en effet un graphique donnant la relation entre le régime moteur du corps moteur 36 et la température en sortie du turbomoteur 20 dans différents scénarios. Y sont représentées :
  • une première courbe de température TPc1de la sortie du turbomoteur 20 lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la première puissance courante Pc1, et
  • une deuxième courbe de température TPc2de la sortie du turbomoteur 20 lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2.
Comme visible sur la , les première et deuxième courbes de température TPc1, TPc2présentent chacune un profil en U, la plage de variation du régime de ralenti Rrse trouvant dans la région du graphique où ces courbes sont décroissantes. De plus, le premier régime de ralenti Rr1est tel que lorsque le corps moteur 36 tourne audit régime de ralenti Rr1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la première puissance courante Pc1, la température en sortie du turbomoteur 20 est égale à la température maximale T°max. Enfin, la deuxième courbe de température TPc2est logiquement située au-dessus de la première courbe de température TPc1, dans la mesure où l’alimentation de la machine tournante 22 en énergie mécanique nécessite, à régime moteur égal, de brûler davantage de comburant dans la chambre de combustion 34. Cela implique que si le corps moteur 36 pouvait tourner au premier régime de ralenti Rr1lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2, la température en sortie du turbomoteur 20 se retrouverait à une valeur T°supsupérieure à la température maximale T°max. Pour éviter cela, il est choisi un deuxième régime de ralenti moteur Rr2plus élevé, ce deuxième régime de ralenti moteur Rr2étant constitué par le plus petit régime moteur pour lequel la température en sortie du turbomoteur 20 est inférieure ou égale à la température maximale Tmaxlorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance courante Pc2.
De retour à la , à l’étape 120 succède une étape 130 d’établissement du régime moteur au-dessus du régime de ralenti Rr. Lors de cette étape 130, le module de contrôle moteur 72 envoie au moins un paramètre de commande P1, P2au turbomoteur 20 et, optionnellement, au moteur électrique 28 de façon à ce que le régime moteur du corps moteur 36 s’établisse à un régime moteur courant Rcsupérieur ou égal au régime de ralenti Rr. Par exemple, lors de cette étape 130, le régime moteur est établi au régime de ralenti moteur Rr. C’est typiquement le cas lorsque l’aéronef 10 demande une propulsion minimale au système de propulsion 12, comme par exemple au parking sur piste ou en phase de descente.
Le procédé de pilotage 100 comprend encore une étape 140 de détermination du régime moteur courant Rc. Au cours de cette étape 140, le module de contrôle moteur 72 détermine le régime moteur courant Rcsur la base du ou des paramètres de commande P1, P2qu’il communique au turbomoteur 20 et/ou au moteur électrique 28 (fonctionnement en boucle ouverte), ou sur la base d’une information communiquée par un capteur (non représenté) du turbomoteur 20 (fonctionnement en boucle fermée).
L’étape 140 est suivie d’une étape 150 de définition de la puissance maximale autorisée Pmax. Au cours de cette étape, le système de bridage 76 définit la puissance maximale autorisée Pmaxen fonction du régime moteur courant Rc.
Dans l’exemple représenté, l’étape 150 comprend une première sous-étape 152 de calcul de la puissance limite d’accélération, une deuxième sous-étape 154 de calcul de la puissance limite de surchauffe, et une troisième sous-étape 156 d’attribution d’une valeur à la puissance maximale autorisée Pmax. Au cours de la première sous-étape 152, le système de bridage 76 calcule la puissance limite d’accélération en fonction du régime moteur courant Rc. Au cours de la deuxième sous-étape 154, le système de bridage 76 calcule la puissance limite de surchauffe en fonction du régime moteur courant Rc. Enfin, au cours de la troisième sous-étape 156, le système de bridage 76 attribue à la puissance maximale autorisée Pmaxune valeur inférieure ou égale à celles de la puissance limite d’accélération et de la puissance limite de surchauffe. Typiquement, le système de bridage 76 attribue à la puissance maximale autorisée Pmax, lors de cette sous-étape 156, une valeur égale au minimum des valeurs de la puissance limite d’accélération et de la puissance limite de surchauffe.
En variante (non représentée), l’étape 150 comprend la seule sous-étape 156 d’attribution d’une valeur à la puissance maximale autorisée Pmax. Dans cette variante, le système de bridage 76 attribue à la puissance maximale autorisée Pmax, au cours de cette sous-étape 156, une valeur déterminée par une fonction paramétrée dans le système de bridage 76, ladite fonction associant au régime moteur courant Rc, pour une condition de vol donnée, la puissance maximale autorisée Pmaxcorrespondante. Un exemple d’une telle fonction est donné sur la .
Comme visible sur cette Figure, la puissance maximale autorisée Pmaxva croissante avec le régime moteur courant Rc : la première puissance maximale autorisée Pmax1associée à un premier régime courant Rc1est inférieure à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2associée à un deuxième régime courant Rc2supérieur au premier régime courant Rc1. Cela s’explique aisément, comme détaillé ci-dessous en référence aux Figures 10 à 12.
La est un graphique donnant l’évolution dans le temps du régime moteur du corps moteur 36 dans différents scénarios. Y sont représentées :
  • une première courbe d’accélération Ca’1-1du corps moteur 36 lorsque ce dernier est accéléré depuis le premier régime moteur courant Rc1à un premier taux d’accélération T1,
  • une deuxième courbe d’accélération Ca’1-2du corps moteur 36 lorsque ce dernier est accéléré depuis le premier régime moteur courant Rc1à un deuxième taux d’accélération T2inférieur au premier taux d’accélération T1, et
  • une troisième courbe d’accélération Ca’2-2du corps moteur 36 lorsque ce dernier est accéléré depuis le deuxième régime moteur courant Rc 2au deuxième taux d’accélération T2.
Comme illustré par la troisième courbe d’accélération Ca’2-2, le deuxième taux d’accélération T2est suffisant pour permettre au corps moteur 36 d’atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti tilorsqu’il est accéléré depuis le deuxième régime courant Rc2. En revanche, comme illustré par la deuxième courbe d’accélération Ca’1-2, ce deuxième taux d’accélération T2est insuffisant pour permettre au corps moteur 36 d’atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti tilorsqu’il est accéléré depuis le premier régime courant Rc1. Comme illustré par la première courbe d’accélération Ca’1-1, pour que le corps moteur 36 puisse atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti tilorsqu’il est accéléré depuis le premier régime courant Rc1, il doit être accéléré au premier taux d’accélération T1.
La est un graphique débit / taux de compression présentant les courbes caractéristiques du compresseur haute pression 40 du turbomoteur 20 dans différents scénarios. Y sont représentées :
  • la ligne de pompage Lp du compresseur haute pression 40 ;
  • la ligne de marge Lm du compresseur haute pression 40 ;
  • les lignes de fonctionnement LfPmax1et LfPmax2du compresseur haute pression 40 lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale, respectivement, à la première puissance maximale autorisée Pmax1et à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2;
  • les lignes isorégime LiR c 1, LiR c2et LiRgazdu compresseur haute pression 40 au premier régime moteur courant Rc1, au deuxième régime moteur courant Rc2et au régime plein gaz Rgaz ; et
  • les courbes de transitoire d’accélération Ta’1-1-1, Ta’1-1-2et Ta’2-2-2représentant la variation du taux de compression en fonction du débit lorsque le corps moteur 36 est respectivement accéléré :
    • depuis le premier régime moteur courant Rc1, au premier taux d’accélération T1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la première puissance maximale autorisée Pmax1,
    • depuis le premier régime moteur courant Rc1, au premier taux d’accélération T1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2, et
    • depuis le deuxième régime moteur courant Rc2, au deuxième taux d’accélération T2alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2.
Comme illustré par la courbe de transitoire d’accélération Ta’2-2-2, lorsque le corps moteur 36 est accéléré au deuxième taux d’accélération T2depuis le deuxième régime courant Rc2alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2, le taux de compression du compresseur haute pression 40 reste en-deçà de la ligne de marge Lm : le compresseur 40 ne présente donc aucun risque de décrochage. En revanche, comme illustré par la courbe de transitoire d’accélération Ta’1-1-2, si l’on souhaite accélérer le corps moteur 36 au premier taux d’accélération T1depuis le premier régime courant Rc 1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est toujours égale à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2, le taux de compression du compresseur haute pression 40 franchit la ligne de marge Lm : cela implique des risques excessifs de décrochage du compresseur haute pression 40, de sorte qu’il est inadmissible de maintenir la puissance maximale autorisée à la valeur Pmax2lorsque le premier taux d’accélération T1est appliqué. Pour pouvoir appliquer ce premier taux d’accélération T1et ainsi permettre au corps moteur 36 d’atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti tilorsqu’il est accéléré depuis le premier régime courant Rc1alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la puissance maximale autorisée Pmax, il faut abaisser cette puissance maximale autorisée Pmaxà une valeur Pmax1inférieure, comme illustré par la courbe de transitoire d’accélération Ta’1-1-1.
La première puissance maximale autorisée Pmax1doit donc être inférieure à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2pour permettre au corps moteur 36 d’atteindre le régime cible Rcibledans le temps imparti tisans décrocher lorsque le corps moteur 36 tourne au premier régime moteur courant Rc1.
Une autre raison pour laquelle la première puissance maximale autorisée Pmax1est inférieure à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2est illustrée par la . Cette Figure est un graphique donnant la relation entre le régime moteur du corps moteur 36 et la température en sortie du turbomoteur 20 dans différents scénarios. Y sont représentées :
  • une première courbe de température TPmax1de la sortie du turbomoteur 20 lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la première puissance maximale autorisée Pmax1, et
  • une deuxième courbe de température TPmax2de la sortie du turbomoteur 20 lorsque la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2.
Comme visible sur la , les première et deuxième courbes de température TP max 1, TP max 2présentent chacune un profil en U, la plage de variation du régime moteur courant Rcse trouvant dans la région du graphique où ces courbes sont décroissantes. De plus, le deuxième régime moteur courant Rc2est tel que lorsque le corps moteur 36 tourne audit deuxième régime moteur courant Rc2alors que la puissance électrique générée par la machine tournante 22 est égale à la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2, la température en sortie du turbomoteur 20 est égale à la température maximale T°max. Enfin, la deuxième courbe de température TP max 2est logiquement située au-dessus de la première courbe de température TP max 1, dans la mesure où l’alimentation de la machine tournante 22 en énergie mécanique nécessite, à régime moteur égal, de brûler davantage de comburant dans la chambre de combustion 34. Cela implique que si la machine tournante 22 pouvait générer la deuxième puissance maximale autorisée Pmax2lorsque le corps moteur 36 tourne au premier régime moteur courant Rc 1, la température en sortie du turbomoteur 20 se retrouverait à une valeur T°supsupérieure à la température maximale T°max. Pour éviter cela, la puissance maximale autorisée Pmaxlorsque le corps moteur 36 tourne au premier régime moteur courant Rc1est fixée à une valeur Pmax2inférieure, ladite valeur étant constituée par la plus grande puissance électrique générée pour laquelle la température en sortie du turbomoteur 20 est inférieure ou égale à la température maximale T°maxlorsque le corps moteur 36 tourne au premier régime moteur courant Rc1.
On constate aisément que les courbes des Figures 5 et 9 se superposent. La courbe donnant la puissance maximale autorisée Pmaxen fonction du régime courant Rcest donc la réciproque de la courbe donnant le régime de ralenti Rren fonction de la puissance courante Pc. Cela signifie que lorsque le régime moteur est établi au régime de ralenti Rr, en d’autres termes lorsque le régime de ralenti Rrconstitue le régime moteur courant Rc, comme dans l’exemple détaillé ici, alors la puissance électrique courante Pcconstitue la puissance maximale autorisée Pmax.
A l’étape 150 succède une étape 160 de limitation de la puissance électrique générée à la puissance maximale autorisée Pmax. Lors de cette étape 150, le module de commande 74 limite la puissance électrique générée par la machine tournante 22 à la puissance maximale autorisée Pmax. En particulier, le module de commande 74 commande la machine tournante 22 de sorte que la puissance électrique courante Pcgénérée par cette dernière soit égale à la puissance Pmaxou, si ceux-ci sont inférieurs, aux besoins courants de l’aéronef 10 en puissance électrique reflétés par l’information IC. Le module de commande 74 applique cette limitation pendant que le corps moteur 36 tourne au régime moteur courant Rcet pendant toute phase d’accélération ultérieure, jusqu’à ce que le régime moteur se stabilise à une nouvelle valeur.
Le procédé de pilotage 100 comprend encore, à la suite de l’étape 160, une étape 170 de contrôle des variations de la puissance électrique générée par la machine tournante 22. Ces variations de puissance sont plafonnées à la puissance maximale autorisée Pmax. Si la puissance électrique générée varie, le procédé de pilotage 100 revient à l’étape 110. Sinon, le procédé de pilotage 100 se poursuit.
Selon une première variante de poursuite du procédé de pilotage 100, l’étape faisant suite à l’étape 170 est une étape 180 d’augmentation de la consigne de poussée Cp. Au cours de cette étape 180, le module de contrôle moteur 72 reçoit de l’aéronef 10 une consigne de poussée Cpaugmentée. Cette étape 180 est suivie d’une étape 182 d’accélération du corps moteur 36 qui sera détaillées dans la suite.
Selon une deuxième variante de poursuite du procédé de pilotage 100, l’étape faisant suite à l’étape 170 est une étape 190 de déduction d’un besoin futur de l’aéronef 10. Lors de cette étape 190, le système de gestion 78 reçoit de l’aéronef 10 une information Ifreprésentative d’un besoin futur de l’aéronef 10 en puissance électrique et déduit de cette information Ifle besoin futur de l’aéronef 10 en puissance électrique.
A l’étape 190 fait suite une étape 192 de comparaison dudit besoin futur avec la puissance électrique courante Pc. Lors de cette étape 192, le système de gestion 78 compare le besoin futur reflété par l’information Ifà la puissance électrique courante Pc. Si ce besoin futur est inférieur ou égal à la puissance électrique courante Pc, le procédé revient à l’étape 160. Dans le cas contraire, si le besoin futur est supérieur à la puissance électrique courante Pc, l’étape 192 est suivie d’une étape 194 de modification du régime de ralenti Rrpour qu’il satisfasse au besoin futur.
Au cours de l’étape 194, le système de gestion 78 modifie le régime de ralenti Rren fonction du besoin futur reflété par l’information If. A cet effet, le système de gestion 78 calcule par exemple un futur régime limite d’accélération et un futur régime limite de surchauffe en fonction dudit besoin futur, et attribue au régime de ralenti Rrune nouvelle valeur supérieure ou égale à celles du futur régime limite d’accélération et du futur régime limite de surchauffe, typiquement égale au maximum des deux futurs régimes limite. En variante, le système de gestion 78 attribue au régime de ralenti Rrune nouvelle valeur déterminée par la fonction associant à la puissance électrique courante Pcle régime de ralenti Rrcorrespondant paramétrée dans le système de gestion 78 ( ). Puis le système de gestion 78 communique cette nouvelle valeur au module de contrôle moteur 72.
A l’étape 194 succède une étape 196 de comparaison de la nouvelle valeur du régime de ralenti Rrau régime moteur courant Rc. Au cours de cette étape 196, le module de contrôle moteur 72 compare la nouvelle valeur du régime de ralenti Rrreçue du système de gestion 78 au régime moteur courant Rc. Si cette nouvelle valeur est inférieure ou égale au régime moteur courant Rc, le procédé 100 revient à l’étape 130. Dans le cas contraire, si la nouvelle valeur est supérieure au régime moteur courant Rc, l’étape 196 est suivie de l’étape 182 d’accélération du corps moteur 36.
Lors de l’étape 182, le module de contrôle moteur 72 envoie au turbomoteur 20 au moins un paramètre de commande P1adapté pour que le corps moteur 36 accélère. Le corps moteur 36 accélère alors à partir du régime moteur courant Rc, pendant que la machine tournante 22 génère une puissance électrique inférieure ou égale à la puissance maximale autorisée Pmax, jusqu’à atteindre un nouveau régime courant Rc.
Dans le cas où l’étape 182 fait suite à l’étape 196, le nouveau régime courant Rcest constitué par un nouveau régime de ralenti moteur Rr.
Dans le cas où l’étape 182 fait suite à l’étape 180 et où la consigne de poussée Cpaugmentée est constituée par une consigne de poussée plein gaz, l’accélération se fait au taux d’accélération maximal Tmax. Le régime moteur courant Rcétant supérieur ou égal au régime de ralenti Rret la puissance électrique générée par la machine tournante 22 étant plafonnée à la puissance maximale autorisée Pmax, le corps moteur 36 atteint alors sans décrocher le régime cible Rcibledans le temps imparti ti.
On notera que la puissance maximale autorisée Pmaxest fonction du régime courant Rcavant le début de l’étape 180 et n'est pas actualisée durant l’étape 182, c’est-à-dire que, durant toute la phase d’accélération 182, la puissance maximale autorisée Pmaxreste constante à une valeur dépendant du régime courant Rcavant accélération.
Le procédé de pilotage 100 revient ensuite à l’étape 130.
Optionnellement, l’étape 182 inclut une sous-étape 184 d’injection de puissance par le moteur électrique 28. Au cours de cette étape 184, le module de contrôle moteur 72 envoie au moteur électrique 28 au moins un paramètre de commande P2adapté pour augmenter le couple du moteur électrique 28. Ainsi le moteur électrique 28 injecte de l’énergie mécanique sur l’arbre haute pression 44 et contribue à l’accélération du corps moteur 36. Cela permet d’augmenter le taux d’accélération maximal Tmaxpour une puissance électrique générée donnée. De ce fait, le régime de ralenti moteur Rrassocié à une puissance courante Pcdonnée peut être abaissé et la puissance électrique maximale Pmaxassociée à un régime moteur courant Rcpeut être augmentée.
Grâce à l’exemple de réalisation décrit ci-dessus, le régime de ralenti moteur Rrpeut être modulé en fonction de la puissance électrique effectivement générée par la machine tournante 22. Il est donc possible d’abaisser le régime de ralenti moteur Rren deçà du régime moteur minimal nécessaire pour supporter la puissance électrique maximale pouvant être générée par la machine tournante 22. La poussée du système de propulsion 12 au ralenti peut donc être réduite. Cela permet de maintenir de maintenir le rapport de la traînée de l’aéronef 10 sur la poussée du système de propulsion 12 au régime de ralenti moteur à une valeur suffisamment élevée pour que la pente de descente de l’aéronef 10 ne soit pas trop faible. Ainsi, il n’est pas nécessaire d’opérer des manœuvres en descente pour casser la portance de l’avion ou augmenter sa traînée, ce qui permet d’économiser du carburant. De même, au sol, la réduction du régime de ralenti moteur Rrpermet de réduire l’usure des freins de l’aéronef 10.

Claims (10)

  1. Système de propulsion (12) pour aéronef, comprenant un turbomoteur (20) avec une chambre de combustion (34) et un corps moteur (36), le corps moteur (36) comportant une turbine (42) en aval de la chambre de combustion (34), un compresseur (40) en amont de la chambre de combustion (34) et un arbre de transmission (44) pour l’entraînement du compresseur (40) par la turbine (42), le système de propulsion (12) comprenant également un système de pilotage (24), un organe (72) de détermination d’un régime moteur courant (Rc) du corps moteur (36) et une machine tournante (22) couplée à l’arbre de transmission (44) pour la génération de puissance électrique par prélèvement de puissance mécanique sur l’arbre de transmission (44),
    dans lequel le système de pilotage (24) est configuré pour limiter une puissance électrique courante (Pc) générée par la machine tournante (22), au moins lorsque le corps moteur (36) est en phase d’accélération, à une puissance maximale autorisée (Pmax) fonction du régime moteur courant (Rc) avant accélération.
  2. Système de propulsion (12) selon la revendication 1, comprenant un système (78) de déduction d’un besoin futur de l’aéronef en puissance électrique générée par la machine tournante (22), le système de pilotage (24) étant configuré pour accélérer le corps moteur (36) lorsque ledit besoin futur est supérieur à la puissance maximale autorisée (Pmax).
  3. Système de propulsion (12) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un dispositif (74) de détermination de la puissance électrique courante (Pc) générée par la machine tournante (22), le système de pilotage (24) étant configuré pour établir le régime moteur au-dessus d’un régime de ralenti (Rr) fonction de la puissance électrique courante (Pc).
  4. Système de propulsion (12) selon la revendication 3, dans lequel, lorsque le régime moteur est établi au régime de ralenti (Rr), la puissance électrique courante (Pc) constitue la puissance maximale autorisée (Pmax).
  5. Système de propulsion (12) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le régime de ralenti (Rr) est supérieur ou égal à un régime limite d’accélération pour lequel le corps moteur (36), accélérant à la limite du décrochage à partir dudit régime limite d’accélération pendant que la machine tournante (22) génère la puissance électrique courante (Pc), atteint sans décrocher, en un temps imparti (ti) inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible (Rcible) auquel le turbomoteur (20) produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz.
  6. Système de propulsion (12) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le régime de ralenti (Rr) est supérieur ou égal à un régime limite de surchauffe pour lequel, lorsque le corps moteur (36) tourne audit régime limite de surchauffe pendant que la machine tournante (22) génère la puissance électrique courante (Pc), la température des gaz en sortie du turbomoteur (20) est égale à une température maximale (Tmax) prédéterminée.
  7. Système de propulsion (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la puissance maximale autorisée (Pmax) est inférieure ou égale à une puissance limite d’accélération pour laquelle le corps moteur (36), accélérant à la limite du décrochage à partir du régime moteur courant (Rc) pendant que la machine tournante (22) génère ladite puissance limite d’accélération (Pmax), atteint sans décrocher, en un temps imparti (ti) inférieur ou égal à 10 secondes, un régime cible (Rcible) auquel le turbomoteur (20) produit un pourcentage substantiel d’une poussée plein gaz.
  8. Système de propulsion (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la puissance maximale autorisée (Pmax) est inférieure ou égale à une puissance limite de surchauffe pour laquelle, lorsque le corps moteur (36) tourne au régime courant (Rc) pendant que la machine tournante (22) génère ladite puissance limite de surchauffe, la température des gaz en sortie du turbomoteur (20) est égale à une température maximale (Tmax) prédéterminée.
  9. Système de propulsion (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de pilotage (24) est configuré pour limiter la puissance électrique générée par la machine tournante (22) lorsque le corps moteur (36) n’est pas en phase d’accélération.
  10. Procédé (100) de pilotage d’un système de propulsion (12) pour aéronef, le système de propulsion (12) comprenant un turbomoteur (20) avec une chambre de combustion (34) et un corps moteur (36), le corps moteur (36) comportant une turbine (42) en aval de la chambre de combustion (34), un compresseur (40) en amont de la chambre de combustion (34) et un arbre de transmission (44) pour l’entraînement du compresseur (40) par la turbine (42), le système de propulsion (12) comprenant également une machine tournante (22) couplée à l’arbre de transmission (44) pour la génération de puissance électrique par prélèvement de puissance mécanique sur l’arbre de transmission (44), le procédé de pilotage (100) comprenant les étapes successives suivantes :
    • détermination (140) d’un régime moteur courant (Rc) du corps moteur (36),
    • définition (150) d’une puissance maximale autorisée (Pmax) fonction du régime moteur courant (Rc), et
    • accélération (180) du corps moteur (36), une puissance électrique courante (Pc) générée par la machine tournante (22) étant limitée à la puissance maximale autorisée (Pmax).
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