WO2023031549A1 - Procédé d'entrainement à la panne d'une chaine de puissance d'un système propulsif hybride - Google Patents

Procédé d'entrainement à la panne d'une chaine de puissance d'un système propulsif hybride Download PDF

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WO2023031549A1
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chain
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power chain
instantaneous
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PCT/FR2022/051622
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David Bernard Martin LEMAY
Jean-Philippe Jacques Marin
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Safran Helicopter Engines
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for aiding the training of aircraft pilots for the failure of a propulsion chain among a set of at least two redundant parallel propulsion chains of an aircraft equipped with a propulsion system redundant hybrid.
  • Document [1] discloses a method for training an aircraft pilot to respond to the failure of one or more engines of a multi-engine aircraft in flight.
  • the software simulates an engine failure using software-imposed output power limits on the engine(s) for which a failure is being simulated. For example, in the case of two engines, an imbalance is created between the two engines by bringing the healthy simulated engine to its maximum continuous power in the event of failure of another engine (or OEIC power for "One Engine Inoperative Continuous" Power in English) and the other faulty simulated motor provides the complement for the rotor (level said to be significantly lower).
  • Document [2] discloses a method and a system for simulating the conditions of a failed engine (OEI method) in a multi-engine aircraft which involves the operation of the engines above non-damaged power settings, and each operating by relative to each other to simulate the loss of power suffered during an actual failure of at least one engine. More particularly, the transient power drop suffered by the pilot at the time of a real engine failure is simulated by temporarily limiting the power delivered by the two engines below their maximum emergency power.
  • a representative and non-limiting example of an aircraft and its hybrid propulsion system may consist of a helicopter provided with a main rotor and a tail rotor, called anti-torque.
  • the helicopter is equipped with a main power chain having a main engine which provides mechanical power to the two rotors through a main gearbox (MGB).
  • This main engine can for example be a helicopter turbine engine; this main engine provides most of the power necessary for the flight of the helicopter.
  • the helicopter is also equipped with an electrical secondary power chain, which consists of:
  • a source of electrical power which may be a battery.
  • This secondary power chain is essentially intended to provide a minimum level of power to ensure a safe, but rapid, landing of the aircraft.
  • the maximum power available from the electric motor is therefore significantly lower than that provided by the main motor.
  • the flight envelope and permitted maneuvers are therefore very limited.
  • These power chains of a nature other than the main engine(s) can be sized to be able to supply a maximum power equivalent to or significantly lower than the main engine(s); they may have the primary role of providing “standby” power in the event of a main engine failure.
  • the invention aims to provide a solution to the following problems:
  • n parallel power chains (n being an integer greater than or equal to 2) including at least a first and a second power chain of heterogeneous natures, the first and second chains having preferably very different power and/or dynamic performance; in fact, all of the n strings will be used to simulate the failure of the first string, by simulating the loss of a quantity of power equivalent to the maximum power of the first string; by way of example for the order of magnitude of the first and second chains, in power, it is possible to have a maximum power level of the second chain at least 30% lower than that of the first chain and, in dynamics, a dynamics of the second chain at least twice as fast as the first chain;
  • the subject of the invention is a method of training a pilot for a failure of a power chain of a hybrid propulsion system for aircraft comprising n power chains connected in parallel on a transmission box, n being an integer greater than or equal to 2, including a first and a second power chain of heterogeneous natures, the method comprising, during a flight of the aircraft, a simulation of a failure of the first power chain by the implementation of the following steps:
  • VI2lim_Ecol + PMIECOI PlVI2max_OEI PM2iim_Ecoi being the maximum power deliverable by the second power chain in school mode so that P to t_Ecoi does not exceed PM2max_oEi; the method further comprising, concomitantly with the simulation, a control of the state of the n power chains of the propulsion system and, in the event of detection of a failure of one of the n power chains, stopping of the simulation and increase of the instantaneous power delivered by at least one of the first and the second power chains, so that the sum of the instantaneous powers delivered by the n power chains is greater than or equal to PRmin_oEi, PRmin_oEi being a power total instantaneous minimum required to continue the flight of the aircraft.
  • PRmin_oEi is the minimum power necessary to continue the flight in satisfactory safety conditions; this power depends only on the characteristics of the aircraft and it is independent of the fact of being in school mode, in nominal flight or in the event of a breakdown. For example, on a twin-engine helicopter, this corresponds to the regulations of the OEIBO" (or PSU for "super emergency power"), and on a single-engine helicopter, at 90% PMD (PMD for "maximum take-off power" ).
  • PM2max_oEi and PM2max are strictly identical and both refer to the maximum power that the second power chain can deliver in the event of a real failure (that is to say outside school mode).
  • the second power chain is chosen from a power chain of the hydraulic or electric type
  • the first power chain is chosen from a power chain of the gas turbine type.
  • the step of increasing the instantaneous power PM2inst delivered by the second power chain can be preceded by a tapping step, by the second power chain , of a portion of the instantaneous power PMI delivered by the first power chain to the transmission box, whereby a faster drop in the total instantaneous power P to t_Ecoi delivered by the first and second power chains during simulation.
  • the step of decreasing the instantaneous power PMiinst delivered by the first power chain comprises a transient reduction in the power of the first power chain below PMIECOI, followed by an increase in the power of the first power chain up to PMIECOI.
  • the triggering of the step of increasing the instantaneous power PM2inst delivered by the second power chain is delayed and/or the increase in the instantaneous power PM2inst delivered by the second power chain is slowed down, whereby a transient power hole is created.
  • the second power chain being reversible and PMIECOI being chosen to be greater than or equal to P Rmin Ecol (PRmin Ecol being the minimum total instantaneous power required to continue the flight of the aircraft in school mode)
  • a step of sampling d a portion of the power delivered by the first power chain to the gearbox is carried out, by the second power chain, at least once during the step of increasing the power delivered by the second power chain power, the maximum portion that can be taken P M2min_Ecol being a negative value and being equal, in absolute value, to the maximum power that the second power chain of the transmission box can take in school mode, with PMIECOI + P M2min_Ecol — PRmin_Ecoi.
  • PMIECOI + PM2min_Ecol PRmin Ecol where PM2min_Ecoi is the maximum power (in absolute value) that the second power chain can draw in school mode (knowing that P M2min_Ecol can be negative); And
  • PMIECOI + PM2lim_Ecol PlVI2max_OEI
  • PM2iim_Ecoi is the maximum power that the second power chain can deliver in school mode so that P to t_Ecoi does not exceed PM2max_oEi.
  • the invention also relates to a device for training a pilot in a failure of a power chain of a hybrid propulsion system for aircraft comprising n power chains, n being an integer greater than or equal to 2, including a first and a second power chains of heterogeneous natures and connected in parallel on a transmission box, the device comprising control means configured to implement the drive method as defined according to the invention.
  • the control means can include a regulation system, which will regulate the respective powers of the first and second power chains, as well as a control system, which will control the respective powers of the n power chains.
  • the subject of the invention is an aircraft equipped with a hybrid propulsion system comprising n power chains, n being an integer greater than or equal to 2, including a first and a second power chain of heterogeneous natures and connected in parallel on a transmission box, and a drive device as defined according to the invention.
  • the method according to the invention makes it possible to train the pilots in flight under degraded conditions simulating the failure of one of the power chains.
  • the method according to the invention makes it possible to distribute the power delivered by the at least two propulsive power chains in a clever way, so as to:
  • FIG. 1 shows, schematically, the architecture of an example of a hybrid propulsion system with two power chains in parallel and its regulation system according to the invention
  • FIG. 2 shows an example of power profiles in the event of a real failure of one of the power chains of the hybrid propulsion system of Figure 1;
  • FIG. 3 shows an example of power profiles in the event of a simulated failure according to the invention of one of the power chains of the hybrid propulsion system of Figure 1;
  • - Figure 4 shows an example of the power loss profiles in the event of a simulated failure of a power chain according to two variants of the invention in comparison with a real failure;
  • FIG. 5 shows an example of power profiles of a failure simulation of the first power chain according to variant 1 of the invention
  • FIG. 6 shows an example of power profiles of a failure simulation of the first power chain according to variant 2 of the invention
  • FIG. 7 is a detailed view of the control system 5 of Figure 1, according to variant 3 of the invention.
  • FIG. 8 shows an example of power profiles of a failure simulation of the first power chain according to variant 3 of the invention.
  • the propulsion system used in the context of the invention is a system for generating and supplying propulsive power which is hybrid and redundant.
  • the propulsion system is hybrid, because it comprises at least two power chains of heterogeneous natures and it is redundant, because these at least two chains are arranged in parallel on the transmission box. This allows the aircraft to land under satisfactory safety conditions in the event of partial failure of one of the two power chains.
  • partial failure is meant here a failure which affects only one of the propulsion chains in parallel.
  • the propulsion system as a whole is therefore partially out of order since at least one of the redundant chains is functional.
  • An example of a typical application is a helicopter parallel hybrid propulsion system, composed of a turbine engine and an electric motor driving, both of them, the main and tail rotors.
  • the invention will be applied to a hybrid propulsion system composed of two independent chains in parallel (so-called twin-engine situation), namely a first power chain with a gas turbine-type engine and a second power chain with an electric motor.
  • twin-engine situation namely a first power chain with a gas turbine-type engine and a second power chain with an electric motor.
  • Figure 1 is shown the architecture of a hybrid propulsion system and its regulation system 5.
  • the hybrid propulsion system comprises two redundant power chains, namely a main chain and a secondary chain, which we will respectively call first power chain 1 and second power chain 2.
  • the two power chains are independent and of different natures and they are redundant (it is also said that they are in parallel), that is to say that they deliver mechanical power to the rotor 4 via a transmission box 3 which adapts and sums the powers of the two chains.
  • the main chain 1 comprises a heat engine 10 which can be a gas turbine, this main chain being designed to supply the essential part of the power necessary for the flight of the aircraft.
  • the secondary chain 2 comprises one or more electric motors (here, a single electric motor 20), and makes it possible to provide additional power essentially making it possible to continue the flight, in a restricted area, until landing in satisfactory safety conditions. .
  • This secondary chain 2 has the main role of being able to overcome the failure of the main chain 1, while minimizing the additional mass on board.
  • the maximum power it can deliver is less than or equal to the maximum power of the main chain.
  • NR* is the rotation speed setpoint of rotor 4 (also called propeller);
  • NMI is the engine speed measurement of the first (second) power chain;
  • CMI is the measurement of the torque delivered by the engine of the first (second) power chain;
  • PMI* is the motor power control of the first (second) power chain.
  • the data NR*, NMI, NM2, CMI, CM2 are delivered to the regulation system 5.
  • the data PMI* and PM2* are respectively delivered to the thermal engine 10 of the first power chain 1 and to the electric motor 20 of the second chain power 2.
  • Each of the motors is connected by a shaft 6 to a main transmission box 3, which will transmit the power of the motor or motors to the rotor.
  • Each of the shafts is provided with a measuring device 7 making it possible to measure the speed and the torque delivered by the motor to which it is attached.
  • FIG. 2 is represented the current total power delivered over time to the rotor of the aircraft of FIG. 1 (curve 3), in the event of a real failure of the engine of the first power chain.
  • Curves 1 and 2 respectively represent the instantaneous power delivered over time by the first and the second power chain.
  • the starting point is initially from an operating point where the current total power is greater than the maximum power of the motor deemed healthy during the simulation phase.
  • it is the motor of the second power chain and the maximum power is therefore PM2max_oEi.
  • the purpose of the school mode is to simulate a flight situation where the total power available is limited by this maximum power of the second power chain PM2max_oEi.
  • the regulation system 5 reduces the power delivered by the first power chain as quickly as possible, without turning it off. This rapid power reduction thus simulates the loss of power available to the rotor when the first power string fails.
  • the regulation system causes the motor 10 of the first power chain to decelerate to its maximum achievable deceleration rate without turning off the chamber. burning.
  • the regulation system reduces the power of the motor 10 to an intermediate power level PMIECOI and then keeps it constant until the end of the crash training operation.
  • This PMIECOI level is chosen, on the one hand, to be sufficiently high so that the motor 10 retains sufficient acceleration capacity to be able to quickly return to its maximum power in the event that the motor 20 breaks down during the drive operation. . This therefore makes it possible to improve the level of safety during the training phases.
  • the higher the power level PMIECOI the faster the motor 10 will be to reactivate itself if necessary.
  • the objective is therefore to place the power level PMIECOI as high as possible while respecting the maximum power level of the motor 20 (PM2max_oEi).
  • this level PMIECOI is also chosen not too high so that the engine 10 does not influence the behavior of the propulsion system felt by the pilot.
  • the power of motor 10 can be kept constant.
  • the power variations of the rotor can therefore be entirely carried out by the motor 20.
  • the piloting behavior is therefore faithful to what the pilot would feel with the power delivered entirely by the motor 20.
  • FIG. 4 represents a comparison of the power loss profiles on simulated failure and on real failure, curve 1 representing the profile of a real failure of the engine 10, curve 2 representing the profile of the deceleration on the limit called "anti - extinction” of engine 10 and curve 3 representing the profile of a simulated failure according to variant 1 of the invention.
  • the deceleration on the "anti-extinguishing" limit of the motor 10 can, depending on the performance of the motor 10, be slower than the drop in power observed in certain cases of failure (for example , in the case of an engine tightening by loss of lubrication or closing of a fuel supply valve).
  • Variant 1 use of motor 2 in braking during the failure transient
  • action is taken on the initial transient power drop phase at the time of entry into school mode.
  • a possible limitation of the engine failure simulation by controlling a controlled deceleration of the engine speed 10 is that this maximum accessible deceleration can be significantly slower than a real loss of power linked to a real failure. engine.
  • the motor 20 can take mechanical power from the BTP (whether by braking the BTP to recharge a battery or by dissipating the electrical power) , the motor 20 can be used to drop the power delivered to the rotor more quickly by drawing mechanical power from the motor 10.
  • this variant 1 consists in temporarily controlling a negative power on the motor 20 (part of the curve designated by the circle 4), in order to obtain a drop in the total power that is more representative of the resulting power profile. of a true case of engine failure.
  • the regulation system can temporarily reduce the power of the engine 10 below PMIECOI, before returning to this level;
  • the regulation system can also delay and/or slow down the powering up of the motor 20, so that the sum of the powers of the two motors is temporarily lower than the maximum power that the second power chain can deliver (denoted PM2max) or the power required by the aircraft P Rmin Ecol
  • a negative power level can temporarily be controlled on the motor 20, so that it draws power from the BTP.
  • varying the duration of the power draw it is possible to simulate a more or less long transient power gap before returning to maximum power.
  • variant 2 and variant 3 Two variants of the invention, described below (hereinafter called variant 2 and variant 3), make it possible to facilitate this compromise by making it possible to choose a level PMIECOI above the minimum power required for the continuation of the flight PRmin_Ecoi.
  • the regulation system 5 maintains the motor 10 at constant power PMIECOI and permanently adapts the power of the motor 20 to the level required to maintain the speed of rotation of the rotor at the desired speed.
  • the regulation system 5 also limits the power of the motor 20 to the level PM2iim_Ecoi so that the total power delivered by the two motors does not exceed the maximum power PM2max_oEi of the motor 20.
  • the stop PM2iim_Ecoi is therefore calculated as follows:
  • the motor 20 thus thus works at an average power level well below its maximum power, without this being perceptible by the pilot. This also has the advantage of consuming a much lower amount of electrical energy, which can be interesting when the electrical energy is supplied by a battery, the quantity of available energy of which is necessarily limited.
  • the engine parameters returned by the control system for the pilot display are "rigged" so that they are representative of what would be displayed during a real failure situation.
  • the speed, the torque or the power of the motor 10 is indicated at zero to represent its simulated failure state, whereas this same motor actually delivers a significant level of power.
  • the equivalent parameters of the motor 20 are indicated at the levels where they would be if this motor were the only one supplying the power to the rotor.
  • control system continuously monitors the operation of both motors.
  • the regulation system immediately interrupts the training and failure simulation procedure and instantly reactivates the engine not presenting a failure, so that it delivers all the power needed to continue the flight.
  • Variant 2 use of engine 2 in brake during the rest of the training flight
  • action is taken on the average level of power delivered by motor 1 during the rest of the school mode.
  • a variant of the invention consists in using motor 2 reversibly in order to be able to increase the PMIECOI power of motor 1.
  • This solution can only be achieved if motor 2 can draw mechanical power from the MGB and that the power chain of motor 2 is reversible, either by recharging a storage device (for example, a battery), or by instantly dissipating this power (for example through electric power resistors).
  • the regulation system controls a power level PMIECOI higher than what would be controlled according to the basic invention.
  • PMIECOI power delivered by the engine 10 while it is simulated in failure is, in this variant 2, greater than the minimum power of the flight PRmin_Ecoi.
  • the regulation system controls a negative power on the motor 20. The sum of the powers of the two motors is thus maintained at the level of the rotor requirement.
  • This minimum power PM2min is here negative and corresponds (in absolute value) to the maximum power that the motor 20 of the BTP can draw.
  • This minimum power PM2min is not necessarily equal (to the nearest sign) to the maximum power PM2max_oEi, and may depend on the capacity of the power chain of the motor 20 to absorb the power regenerated by this motor. In the case of an electric chain, it can be the maximum recharging power of the battery, or the maximum power dissipated by the “braking resistors”. In the case where only one battery makes it possible to absorb the power drawn off by the motor 20, the minimum power PM2min can also be constrained by energy considerations. Indeed, it is necessary, at any moment of the training flight, that the energy regenerated by the motor 20 does not exceed the maximum capacity of the battery.
  • Variant 3 real-time adaptation of PMIECOI to eliminate the security/representativeness compromise for the choice of the PMIECOI constant
  • action is taken on the average level of power delivered by motor 1 during the rest of the school mode.
  • this adaptation can be carried out based, for example, on one or more of the elements listed below:
  • PMiEcoi(t) Low Pass Filter (P H éiico(t) - P M 2ref) where PM2ref is a constant value and where the real-time power of the helicopter (PHeiico(t)) is equal to, for example:
  • the illustrative examples described above are based on a twin-engine hybrid propulsion system.
  • the invention can however cover any multi-engine application where the training of the pilot consists in simulating the failure of one engine among several. Mention may be made, for example, of an architecture with three motors in parallel, of which one or two of these three motors are electric.
  • the illustrative examples described above present a pilot training situation with a failure of an engine no longer delivering power. (total failure of an engine), because it is generally the most demanding situation in terms of piloting and the most restrictive in terms of simulation.
  • the invention can however cover all situations of partial failure of an engine where the latter continues to deliver a certain level of power with more or less degraded performance. For example, one can cite the case of a total failure of the power regulation, called “freeze”, where the simulated failed engine is frozen at a constant power level on a point of the flight envelope.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'entrainement d'un pilote à une panne d'une chaine de puissance d'un système propulsif hybride pour aéronef comprenant n chaines de puissance reliées en parallèle sur une boîte de transmission (avec n≥2), dont une première et une deuxième chaines de puissance de natures hétérogènes. Il comprend, pendant un vol de l'aéronef, une simulation d'une panne de la première chaine de puissance et, de manière concomitante à la simulation, un contrôle de l'état des n chaines de puissance du système propulsif. En cas de détection d'une panne de l'une des n chaines de puissance, la simulation est arrêtée et la puissance instantanée délivrée par au moins l'une parmi la première et la deuxième chaine de puissance est augmentée, de sorte que la somme des puissances instantanées délivrées par les n chaines de puissance soit ≥ à une puissance instantanée totale minimum requise pour poursuivre le vol de l'aéronef.

Description

Description
Procédé d'entrainement à la panne d'une chaine de puissance d'un système propulsif hybride
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte à un procédé d'aide à l'entraînement des pilotes d'aéronefs à la panne d'une chaine propulsive parmi un ensemble d'au moins deux chaînes propulsives parallèles redondantes d'un aéronef équipé d'un système propulsif hybride redondé.
Elle s'applique à des systèmes de propulsion et de sustentation d'aéronefs à voilure fixe ou tournante (hélicoptère), ou d'aéronefs à décollage et atterrissage verticaux (VTOL de l'anglais « Vertical Take-Off and Landing aircraft »).
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les techniques de simulation de panne moteur pour l'entraînement des pilotes d'hélicoptère bimoteur (ou trimoteur) sont connues depuis plusieurs années.
On connaît, entre autres, le principe de simulation de panne d'un moteur d'un hélicoptère multimoteur consistant à abaisser la puissance des deux moteurs (ou plus de deux) à un niveau correspondant à la puissance maximale d'urgence qu'un seul moteur (ou des moteurs restant disponibles après la panne de l'un d'entre eux) est capable de délivrer (méthode dite de simulation OEI/2 (de l'anglais « One Engine Inoperative »)).
On connaît du document [1] une méthode de formation d'un pilote d'aéronef à répondre à la panne d'un ou plusieurs moteurs d'un aéronef multimoteur en vol. Le logiciel simule une panne de moteur en utilisant des limites de puissance de sortie imposées par logiciel sur le ou les moteurs pour lesquels une panne est simulée. Par exemple, dans le cas de deux moteurs, on crée un déséquilibre entre les deux moteurs en amenant le moteur simulé sain à sa puissance maximum continue en cas de panne d'un autre moteur (ou puissance OEIC pour « One Engine Inoperative Continuous » Power en anglais) et l'autre moteur simulé défectueux fournit le complément pour le rotor (niveau dit significativement plus bas).
On connaît du document [2] un procédé et un système de simulation de conditions d'un moteur en panne (méthode OEI) dans un aéronef multimoteur qui implique le fonctionnement des moteurs au-dessus de réglages de puissance non nuis, et fonctionnant chacun par rapport à l'autre pour simuler la perte de puissance subie lors d'une panne réelle d'au moins un moteur. Plus particulièrement, on simule le trou de puissance transitoire subit par le pilote au moment d'une vraie panne moteur en limitant transitoirement la puissance délivrée par les deux moteurs en dessous de leur puissance maximale d'urgence.
On connaît également des architectures et procédés de gestion d'installation motrice hybride, composée d'un ou plusieurs moteurs principaux et d'un ou plusieurs moteurs secondaires destinés à pouvoir compenser une perte de puissance d'au moins un moteur principal. Les documents [3] et [4] font état de ces solutions.
Dans le cas de systèmes propulsifs hybrides, une solution simple et bien connue pour l'entraînement à la panne d'un moteur est de mettre ce même moteur au ralenti afin qu'il ne délivre quasiment plus aucune puissance au rotor. Le pilote peut alors s'entraîner au vol en n'ayant à disposition que la (ou les) chaine(s) de puissance restante(s), cette (ou ces) chaine(s) pouvant être réalisée(s) que par le (ou les) moteur(s) secondaire(s) de nature différente du moteur simulé en panne (par exemple, un (ou des) moteur(s) électrique(s)).
Un exemple représentatif et non limitatif d'un aéronef et de son système propulsif hybride peut consister en un hélicoptère muni d'un rotor principal et d'un rotor de queue, dit anti-couple.
L'hélicoptère est équipé d'une chaîne de puissance principale ayant un moteur principal qui fournit de la puissance mécanique aux deux rotors par l'intermédiaire d'une boîte de transmission principale (BTP). Ce moteur principal peut par exemple être un turbomoteur d'hélicoptère ; ce moteur principal fournit l'essentiel de la puissance nécessaire au vol de l'hélicoptère. L'hélicoptère est également équipé d'une chaîne de puissance secondaire électrique, qui est constituée :
- d'un moteur électrique, qui fournit de la puissance mécanique aux deux rotors par l'intermédiaire d'une deuxième entrée sur la BTP ;
- d'une électronique de puissance et de contrôle, qui permet de moduler la puissance délivrée par le moteur électrique ;
- d'organes de distribution électrique ; et
- d'une source de puissance électrique pouvant être une batterie.
Cette chaîne de puissance secondaire est essentiellement destinée à fournir un niveau de puissance minimum pour assurer un atterrissage sécurisé, mais rapide, de l'aéronef. La puissance maximum disponible par le moteur électrique est donc significativement inférieure à celle fournie par le moteur principal. Le domaine de vol et les manœuvres permises sont donc très limités.
En cas de panne d'au moins un moteur propulsif d'un aéronef, en particulier à voilure tournante, la puissance maximale disponible est inférieure à la puissance disponible en conditions normales de fonctionnement (sans panne). Le pilotage de l'aéronef est alors plus complexe et nécessite un apprentissage et un entraînement dédié des pilotes. Ces entraînements consistent, en général, à « simuler » la panne d'un moteur en vol et à demander au pilote de piloter l'aéronef et d'atterrir dans ces conditions dégradées.
L'évolution des technologies permet d'introduire des systèmes propulsifs hybrides, intégrant une ou plusieurs chaînes de puissance d'une autre nature que le(s) moteur(s) principal(aux). On peut citer notamment des chaînes électriques ou hydrauliques.
Ces chaînes de puissance d'une autre nature que le(s) moteur(s) principal(aux) peuvent être dimensionnées pour pouvoir fournir une puissance maximale équivalente ou significativement inférieure au(x) moteur(s) principal(aux) ; elles peuvent avoir pour rôle essentiel de fournir une puissance « de secours » en cas de panne d'un moteur principal.
La particularité de ces systèmes hybrides (par rapport à des installations de plusieurs moteurs identiques) est que les régimes de puissance maximum et la dynamique de variation de la puissance peuvent être très différents des moteurs principaux. L'ergonomie de pilotage peut donc être très affectée lors des situations de panne réelle ou d'entraînement à la panne. Ces entraînements doivent donc être fidèles de ces différences de comportement pour être représentatifs des situations de panne réelles.
Enfin, l'inconvénient majeur de la technique d'entraînement à la panne moteur décrite précédemment (i.e. la mise au ralenti du moteur supposé en panne) est qu'en cas de panne réelle d'une des chaînes de puissance restantes pendant l'entraînement, le temps de réactivation et de mise en puissance du moteur mis au ralenti est très long. La sécurité du vol peut donc être très dégradée pendant les quelques secondes qui suivent la panne d'une chaîne propulsive.
Les motoristes de turbomoteurs ont élaboré l'écolage dit « CAA » (pour « Civil Aviation Authority » en anglais) pour résoudre le problème de la sécurité, mais parfois au détriment de la représentativité. Ce mode d'écolage est aussi connu sous le nom d'OEI/2, car les deux moteurs sont limités à la puissance OEI/2.
Pour résumer, l'invention vise à apporter une solution aux problèmes suivants :
- permettre l'entraînement des pilotes au vol avec une panne moteur (i.e. lorsqu'un des éléments d'une chaîne propulsive ou de sustentation est simulé en panne) ;
- en assurant un niveau de sécurité élevé en maintenant le moteur simulé en panne sur un régime de fonctionnement lui offrant une réactivité suffisante en cas de panne réelle de la chaîne propulsive simulée saine (en particulier, une panne réelle quelconque de la chaîne propulsive pendant l'entrainement doit pouvoir être accommodée sans danger pour l'aéronef, ce qui implique une bonne réactivité des éléments de la chaîne propulsive encore intègre après la panne réelle) ;
- sur un aéronef équipé d'un système propulsif hybride comprenant n chaînes de puissance parallèles (n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2) dont au moins une première et une deuxième chaînes de puissance de natures hétérogènes, les première et deuxième chaînes possédant de préférence des performances en puissance et/ou en dynamique très différentes ; en fait, l'ensemble des n chaînes va être utilisé pour simuler la panne de la première chaîne, en simulant la perte d'une quantité de puissance équivalente à la puissance maximale de la première chaîne ; à titre d'exemple pour l'ordre de grandeur des première et deuxième chaînes, en puissance, on peut avoir un niveau de puissance maximum de la deuxième chaîne au moins 30% inférieur à celui de la première chaine et, en dynamique, une dynamique de la deuxième chaîne au moins deux fois plus rapide que la première chaine ;
- sans solliciter exagérément chacun des éléments de la(les) chaine(s) de puissance restant active(s).
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé d'entrainement d'un pilote à une panne d'une chaine de puissance d'un système propulsif hybride pour aéronef comprenant n chaînes de puissance reliées en parallèle sur une boîte de transmission, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dont une première et une deuxième chaînes de puissance de natures hétérogènes, le procédé comprenant, pendant un vol de l'aéronef, une simulation d'une panne de la première chaine de puissance par la mise en œuvre des étapes suivantes :
- diminution de la puissance instantanée PMiinst délivrée par la première chaine de puissance jusqu'à une puissance d'écolage PMIECOI et maintien à cette puissance PMIECOI jusqu'à la fin de la simulation, avec :
P|VI2max_OEI > P M1ECOI> PlVIlmin
PM2max_oEi étant la puissance maximale instantanée délivrable par la deuxième chaine de puissance hors mode école et PMimin étant la puissance minimale instantanée délivrable par la première chaine de puissance ; et
- augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaine de puissance jusqu'à une puissance qui est inférieure ou égale à une puissance limite supérieure PM2iim_Ecoi applicable à la deuxième chaine de puissance pendant le mode école, et régulation de la puissance PM2inst au cours de la simulation de sorte que la puissance totale instantanée Ptot_Ecoi délivrée par les première et deuxième chaînes de puissance pendant le mode école soit inférieure ou égale à PM2max_oEi, avec :
Ptot Ecol =PMlEcol+PM2inst
Ptot Ecol — PlVI2max_OEI
P|VI2inst PlVI2lim_Ecol < PlVI2max_OEI
P|VI2lim_Ecol + PMIECOI = PlVI2max_OEI PM2iim_Ecoi étant la puissance maximale délivrable par la deuxième chaîne de puissance en mode école pour que Ptot_Ecoi ne dépasse pas PM2max_oEi ; le procédé comprenant en outre, de manière concomitante à la simulation, un contrôle de l'état des n chaînes de puissance du système propulsif et, en cas de détection d'une panne de l'une des n chaînes de puissance, arrêt de la simulation et augmentation de la puissance instantanée délivrée par au moins l'une parmi la première et la deuxième chaîne de puissance, de sorte que la somme des puissances instantanées délivrées par les n chaînes de puissance soit supérieure ou égale à PRmin_oEi, PRmin_oEi étant une puissance instantanée totale minimum requise pour poursuivre le vol de l'aéronef.
Plus précisément, PRmin_oEi est la puissance minimale nécessaire pour poursuivre le vol en conditions de sécurité satisfaisantes ; cette puissance dépend uniquement des caractéristiques de l'aéronef et elle est indépendante du fait d'être en mode école, en vol nominal ou en cas de panne. À titre d'exemple, sur un hélicoptère bimoteur, cela correspond réglementairement à l'OEIBO" (ou PSU pour « puissance de super urgence »), et sur un hélicoptère monomoteur, à 90% PMD (PMD pour « puissance maximale au décollage »).
On précise que, pour bien distinguer les limitations appliquées en mode école (c'est-à- dire pendant la simulation) de celles présentes hors mode école (par exemple en cas de vrai cas de panne), les indices « _Ecol » et « _OEI » ont respectivement été rajouté (par exemple PM2iim et PM2min pendant le mode école sont écrits PM2iim_Ecoi et PM2min_Ecoi, et PM2max hors mode école est écrit PM2max_oEi).
En outre, il est à noter que PM2max_oEi et PM2max sont strictement identiques et font toutes les deux référence à la puissance maximum que peut délivrer la deuxième chaîne de puissance en cas de panne réelle (c'est-à-dire hors mode école).
Par ailleurs, il est à noter que, dans le cadre de la présente invention, on parle indifféremment d'écolage ou de mode école.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants.
Avantageusement, la deuxième chaîne de puissance est choisie parmi une chaîne de puissance de type hydraulique ou électrique, et la première chaîne de puissance est choisie parmi une chaîne de puissance de type turbine à gaz. Selon une variante de l'invention où la deuxième chaîne de puissance est réversible, l'étape d'augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaîne de puissance peut être précédée d'une étape de prélèvement, par la deuxième chaîne de puissance, d'une portion de la puissance instantanée PMI délivrée par la première chaîne de puissance à la boîte de transmission, moyennant quoi on obtient une chute plus rapide de la puissance totale instantanée Ptot_Ecoi délivrée par les première et deuxième chaînes de puissance au cours de la simulation.
Selon une variante, l'étape de diminution de la puissance instantanée PMiinst délivrée par la première chaîne de puissance comporte une réduction transitoire de la puissance de la première chaîne de puissance en dessous de PMIECOI, suivie d'une augmentation de la puissance de la première chaîne de puissance jusqu'à PMIECOI.
Selon une variante, le déclenchement de l'étape d'augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaîne de puissance est retardé et/ou l'augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaîne de puissance est ralentie, moyennant quoi un trou de puissance transitoire est créé.
Selon une variante, la deuxième chaîne de puissance étant réversible et PMIECOI étant choisie supérieure ou égale à P Rmin Ecol (PRmin Ecol étant la puissance instantanée totale minimum requise pour poursuivre le vol de l'aéronef en mode école), une étape de prélèvement d'une portion de la puissance délivrée par la première chaîne de puissance à la boîte de transmission est réalisée, par la deuxième chaîne de puissance, au moins une fois au cours de l'étape d'augmentation de la puissance délivrée par la deuxième chaîne de puissance, la portion maximale prélevable P M2min_Ecol étant une valeur négative et étant égale, en valeur absolue, à la puissance maximum que peut prélever la deuxième chaîne de puissance de la boîte de transmission en mode école, avec PMIECOI + P M2min_Ecol — PRmin_Ecoi. On précise qu'on choisit PMIECOI > P Rmin Ecol dans le but de maximiser la puissance de la première chaîne de puissance pendant la phase d'entrainement à la panne (écolage), afin de pouvoir offrir le maximum de réactivité de la première chaîne de puissance pour revenir à sa puissance maximale, en cas d'apparition d'une vraie panne de l'une des (n-1) autres chaînes de puissance pendant cette phase d'entraînement ; en d'autres termes, les contraintes peuvent se résumer comme suit : - pour respecter la puissance minimum :
PMIECOI + PM2min_Ecol = PRmin Ecol où PM2min_Ecoi est la puissance maximum (en valeur absolue) que peut prélever la deuxième chaîne de puissance en mode école (sachant que P M2min_Ecol peut être négative) ; et
- pour respecter la puissance maximum :
PMIECOI + PM2lim_Ecol = PlVI2max_OEI où PM2iim_Ecoi est la puissance maximum que peut délivrer la deuxième chaîne de puissance en mode école pour que Ptot_Ecoi ne dépasse pas PM2max_oEi.
Selon une variante, la puissance PMIECOI de la première chaîne de puissance et la limite de puissance de la deuxième chaîne de puissance PM2iim_Ecoi sont adaptées en temps réel au cours de la simulation, de sorte qu'une moyenne de la puissance de la deuxième chaîne de puissance au cours de la simulation soit égale à une puissance de référence PM2réf choisie pour garantir une marge de pilotage de l'aéronef, avec PM2min< Pivi2réf < PM2iim_Ecoi et PM2lim_Ecol(t) + PMlEcol(t) = P|VI2max_OEI
L'invention a également pour objet un dispositif d'entrainement d'un pilote à une panne d'une chaîne de puissance d'un système propulsif hybride pour aéronef comprenant n chaînes de puissance, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dont une première et une deuxième chaînes de puissance de natures hétérogènes et reliées en parallèle sur une boîte de transmission, le dispositif comprenant des moyens de commande configurés pour mettre en œuvre le procédé d'entrainement tel que défini selon l'invention.
Les moyens de commande peuvent inclure un système de régulation, qui va réguler les puissances respectives des première et deuxième chaînes de puissance, ainsi qu'un système de contrôle, qui va contrôler les puissances respectives des n chaînes de puissance.
Enfin, l'invention a pour objet un aéronef équipé d'un système propulsif hybride comprenant n chaînes de puissance, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dont une première et une deuxième chaînes de puissance de natures hétérogènes et reliées en parallèle sur une boîte de transmission, et d'un dispositif d'entrainement tel que défini selon l'invention. Le procédé selon l'invention permet d'entraîner les pilotes au vol dans des conditions dégradées simulant la panne d'une des chaînes de puissance.
Le procédé selon l'invention permet de répartir la puissance délivrée par les au moins deux chaînes de puissance propulsive de manière astucieuse, de façon à :
- limiter, pendant la simulation, la puissance totale délivrée aux deux chaînes de puissance au niveau de la puissance maximale de la chaîne de puissance qui est réputée saine ;
- maintenir la chaîne de puissance qui est simulée en panne à un régime de fonctionnement suffisant pour qu'elle reste réactive, tout en la rendant « transparente » pour le pilote ;
- offrir un comportement et une dynamique de variation de la puissance délivrée à l'aéronef correspondant pleinement à celle de la chaîne de puissance réputée saine ;
- détecter l'apparition d'une panne de la chaîne de puissance réputée saine pendant l'entrainement, interrompre l'opération d'entraînement et réactiver très rapidement la chaîne simulée en panne pour qu'elle fournisse la puissance nécessaire à la poursuite du vol dans des conditions de sécurité satisfaisantes.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle- ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente, de manière schématique, l'architecture d'un exemple de système propulsif hybride à deux chaînes de puissance en parallèle et son système de régulation selon l'invention ;
- la figure 2 représente un exemple de profils de puissance en cas de panne réelle d'une des chaînes de puissance du système propulsif hybride de la figure 1 ;
- la figure 3 représente un exemple de profils de puissance en cas de panne simulée selon l'invention d'une des chaînes de puissance du système propulsif hybride de la figure 1 ; - la figure 4 représente un exemple des profils de perte de puissance en cas de panne simulée d'une chaîne de puissance selon deux variantes de l'invention en comparaison d'une vraie panne ;
- la figure 5 représente un exemple de profils de puissance d'une simulation de panne de la première chaîne de puissance selon la variante 1 de l'invention ;
- la figure 6 représente un exemple de profils de puissance d'une simulation de panne de la première chaîne de puissance selon la variante 2 de l'invention ;
- la figure 7 est une vue détaillée du système de régulation 5 de la figure 1, selon la variante 3 de l'invention ;
- la figure 8 représente un exemple de profils de puissance d'une simulation de panne de la première chaîne de puissance selon la variante 3 de l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Le système propulsif utilisé dans le cadre de l'invention est un système de génération et de fourniture de puissance propulsive qui est hybride et redondé. En d'autres termes, le système propulsif est hybride, car il comporte aux moins deux chaînes de puissance de natures hétérogènes et il est redondé, car ces au moins deux chaînes sont disposées en parallèle sur la boîte de transmission. Cela permet un atterrissage de l'aéronef dans des conditions de sécurité satisfaisantes en cas de panne partielle d'une des deux chaînes de puissance. On entend ici par panne partielle une panne qui n'affecte qu'une des chaînes propulsives en parallèle. Le système propulsif dans son ensemble est donc partiellement en panne puisqu'au moins une des chaînes redondées est fonctionnelle.
Un exemple d'application caractéristique est un système propulsif hybride parallèle d'hélicoptère, composé d'un turbomoteur et d'une motorisation électrique entraînant, tous les deux, les rotors principaux et d'anti-couple.
Dans les exemples illustratifs qui vont suivre, l'invention va être appliquée à un système propulsif hybride composé de deux chaînes indépendantes en parallèle (situation dite bimoteur), à savoir une première chaîne de puissance avec un moteur de type turbine à gaz et une deuxième chaîne de puissance avec un moteur électrique. Dans la figure 1 est représentée l'architecture d'un système propulsif hybride et de son système de régulation 5.
Dans le cas d'application particulier représenté dans la figure 1, le système propulsif hybride comporte deux chaînes de puissance redondées, à savoir une chaîne principale et une chaîne secondaire, que nous appellerons respectivement première chaîne de puissance 1 et deuxième chaîne de puissance 2. Les deux chaînes de puissance sont indépendantes et de natures différentes et elles sont redondantes (on dit également qu'elles sont en parallèle), c'est-à-dire qu'elles délivrent de la puissance mécanique au rotor 4 par l'intermédiaire d'une boite de transmission 3 qui adapte et somme les puissances des deux chaînes.
Dans cet exemple de réalisation, la chaîne principale 1 comporte un moteur thermique 10 pouvant être une turbine à gaz, cette chaîne principale étant conçue pour fournir l'essentiel de la puissance nécessaire au vol de l'aéronef. La chaîne secondaire 2 comporte un ou plusieurs moteurs électriques (ici, un seul moteur électrique 20), et permet de fournir une puissance complémentaire permettant essentiellement de poursuivre le vol, dans un domaine restreint, jusqu'à l'atterrissage en conditions de sécurité satisfaisantes. Cette chaîne secondaire 2 a pour rôle principal de pouvoir palier à la panne de la chaîne principale 1, tout en minimisant la masse supplémentaire embarquée. La puissance maximum qu'elle peut délivrer est inférieure ou égale à la puissance maximale de la chaîne principale.
Dans la figure 1, NR* est la consigne de vitesse de rotation du rotor 4 (également appelée hélice) ; NMI (NMZ) est la mesure de vitesse du moteur de la première (deuxième) chaîne de puissance ; CMI (CMZ) est la mesure du couple délivré par le moteur de la première (deuxième) chaîne de puissance ; PMI* (PM2*) est la commande de puissance du moteur de la première (deuxième) chaîne de puissance.
Les données NR*, NMI, NM2, CMI, CM2 sont délivrées au système de régulation 5. Les données PMI* et PM2* sont respectivement délivrées au moteur thermique 10 de la première chaîne de puissance 1 et au moteur électrique 20 de la deuxième chaîne de puissance 2. Chacun des moteurs est relié par un arbre 6 à une boite de transmission principale 3, qui va transmettre la puissance du ou des moteurs au rotor. Chacun des arbres est muni d'un dispositif de mesure 7 permettant de mesurer la vitesse et le couple délivré par le moteur auquel il est rattaché.
Dans la figure 2 est représentée la puissance totale courante délivrée au cours du temps au rotor de l'aéronef de la figure 1 (courbe 3), en cas d'une panne réelle du moteur de la première chaîne de puissance. Les courbes 1 et 2 représentent respectivement la puissance instantanée délivrée au cours du temps par la première et la deuxième chaîne de puissance.
Lorsqu'il y a une panne du moteur de la première chaîne de puissance (panne symbolisée par un éclair), la puissance délivrée par la première chaîne de puissance chute rapidement jusqu'à l'arrêt complet. Pour pallier cette panne, la puissance de la deuxième chaîne de puissance est augmentée jusqu'à sa puissance maximale PM2max, que l'on peut noter PM2max_oEi pour faire explicitement mention de la situation de panne réelle (hors mode école).
Dans la figure 3 est représenté le cas d'une panne simulée du moteur 10. Comme dans la figure 2, les courbes 1, 2, 3 représentent respectivement la puissance instantanée délivrée par la première chaîne de puissance, par la deuxième chaîne de puissance et la puissance totale courante délivrée au cours du temps au rotor.
On part initialement d'un point de fonctionnement où la puissance totale courante est supérieure à la puissance maximum du moteur réputé sain pendant la phase de simulation. Dans cet exemple, il s'agit du moteur de la deuxième chaîne de puissance et la puissance maximum est donc PM2max_oEi. En effet, le but du mode école est de simuler une situation de vol où la puissance totale disponible est limitée par cette puissance maximum de la deuxième chaîne de puissance PM2max_oEi.
Lorsque le mode entraînement est sélectionné par le pilote et que la panne du moteur 10 est déclenchée, le système de régulation 5 réduit le plus rapidement possible la puissance délivrée par la première chaîne de puissance, sans l'éteindre. Cette réduction de puissance rapide simule ainsi la perte de puissance disponible au rotor lorsque la première chaîne de puissance tombe en panne.
Pour ce faire, le système de régulation fait décélérer le moteur 10 de la première chaîne de puissance à son taux de décélération maximum atteignable sans éteindre la chambre de combustion. Ainsi, au lieu de réduire la puissance du moteur 10 jusqu'à l'arrêt complet, le système de régulation réduit la puissance du moteur 10 jusqu'à un niveau de puissance intermédiaire PMIECOI et il le maintient ensuite constant jusqu'à la fin de l'opération d'entraînement à la panne. En d'autres termes, on a une phase transitoire de décélération (chute de puissance initiale) du moteur 10 au moment du déclenchement du mode école, puis on maintient ensuite le niveau de puissance à un niveau de puissance stabilisé PMIECOI, la phase transitoire de décélération du moteur 10 étant indépendante du niveau PMIECOI auquel on va le maintenir ensuite.
Le choix de ce niveau de puissance PMIECOI du moteur 10 constitue l'intérêt majeur de cette invention.
Ce niveau PMIECOI est choisi, d'une part, suffisamment haut pour que le moteur 10 conserve une capacité d'accélération suffisante pour pouvoir revenir rapidement à sa puissance maximum dans le cas où le moteur 20 tomberait en panne pendant l'opération d'entraînement. Cela permet donc d'améliorer le niveau de sécurité pendant les phases d'entraînement. De façon générale, plus le niveau de puissance PMIECOI est haut, plus le moteur 10 sera rapide à se réactiver en cas de besoin. L'objectif est donc de placer le niveau de puissance PMIECOI le plus haut possible en respectant le niveau de puissance maximum du moteur 20 (PM2max_oEi).
D'autre part, ce niveau PMIECOI est également choisi pas trop haut pour que le moteur 10 n'influe pas sur le comportement du système propulsif ressenti par le pilote.
Pour rappel, les contraintes peuvent se résumer comme suit :
PMIECOI + PM2mm_Ecoi = Ptot_min_Ecoi = PRmin_Ecoi, pour respecter la puissance minimum ; et PMIECOI + PM2iim_Ecoi = Ptot max Ecoi = PM2max_oEi, pour respecter la puissance maximum.
De cette manière, la puissance du moteur 10 peut être maintenue constante. Les variations de puissance du rotor peuvent donc être entièrement réalisées par le moteur 20. Le comportement de pilotage est donc fidèle à ce que le pilote ressentirait avec la puissance délivrée entièrement par le moteur 20.
La figure 4 représente une comparaison des profils de perte de puissance sur panne simulée et sur panne réelle, la courbe 1 représentant le profil d'une panne réelle du moteur 10, la courbe 2 représentant le profil de la décélération sur la limite dite « anti- extinction » du moteur 10 et la courbe 3 représentant le profil d'une panne simulée selon la variante 1 de l'invention. Comme illustré dans cette figure 4, la décélération sur la limite « anti-extinction » du moteur 10 (courbe 2) peut, selon les performances du moteur 10, être plus lente que la chute de puissance observée sur certains cas de panne (par exemple, dans le cas d'un serrage du moteur par perte de lubrification ou fermeture d'un clapet d'alimentation en carburant).
Variante 1 : utilisation du moteur 2 en frein pendant le transitoire de panne
Dans la variante 1, on agit sur la phase transitoire initiale de chute de puissance au moment de l'entrée en mode école.
Comme nous venons de l'évoquer, une limitation possible de la simulation de panne moteur en commandant une décélération contrôlée du régime du moteur 10 est que cette décélération maximale accessible peut être significativement plus lente qu'une vraie perte de puissance liée à une vraie panne moteur.
Si la chaîne de puissance 2 du moteur 20 est réversible, c'est-à-dire que le moteur 20 peut prélever de la puissance mécanique_de la BTP (que ce soit en freinant la BTP pour recharger une batterie ou en dissipant la puissance électrique), le moteur 20 peut être utilisé pour faire chuter plus rapidement la puissance délivrée au rotor en prélevant de la puissance mécanique sur le moteur 10.
Comme illustré dans la figure 5, cette variante 1 consiste à commander transitoirement une puissance négative sur le moteur 20 (partie de la courbe désignée par le cercle 4), afin d'obtenir une chute de la puissance totale plus représentative du profil de puissance résultant d'un vrai cas de panne moteur.
Il est à noter qu'il n'est pas fait mention ici d'une simulation de trou de puissance transitoire, comme cela peut être le cas dans les documents décrivant une méthode de simulation à la panne OEI en bimoteur (voir, par exemple, le document [2]). Cette simulation de trou de puissance transitoire peut ne pas être nécessaire dans le cas d'un système propulsif hybride électrique, car le moteur 20 (électrique) offre une réactivité bien supérieure à une turbine à gaz. Cette réactivité intrinsèque à la technologie électrique peut donc permettre de compenser très rapidement la perte de puissance du moteur 10 et donc de supprimer, ou au moins grandement atténuer, le trou de puissance transitoire suite à la panne. Toutefois, la présente invention peut également simuler ce trou de puissance transitoire, sans limitation. Cela peut être réalisé de trois manières, qui peuvent potentiellement être combinées :
- le système de régulation peut réduire transitoirement la puissance du moteur 10 en dessous de PMIECOI, avant de revenir à ce niveau ;
- le système de régulation peut aussi retarder et/ou ralentir la mise en puissance du moteur 20, afin que la somme des puissances des deux moteurs soit transitoirement inférieure à la puissance maximum que peut délivrer la deuxième chaîne de puissance (notée PM2max) ou à la puissance requise par l'aéronef P Rmin Ecol
- selon la variante 1 proposée ci-dessus, un niveau de puissance négatif peut transitoirement être commandé sur le moteur 20, afin qu'il prélève de la puissance sur la BTP. En jouant sur la durée du prélèvement de puissance, on peut simuler un trou de puissance transitoire plus ou moins long avant de revenir à la puissance maximale.
Par ailleurs, le compromis entre la réactivité du moteur 10 et la puissance minimum requise P Rmin Ecol pour la suite du vol peut être difficile à réaliser.
Deux variantes de l'invention, décrites plus bas (ci-après appelées variante 2 et variante 3), permettent de faciliter ce compromis en permettant de choisir un niveau PMIECOI au- dessus de la puissance minimum requise pour la suite du vol PRmin_Ecoi.
Le système de régulation 5 maintient le moteur 10 à la puissance PMIECOI constante et adapte en permanence la puissance du moteur 20 au niveau requis pour maintenir la vitesse de rotation du rotor à la vitesse désirée.
Le système de régulation 5 limite également la puissance du moteur 20 au niveau PM2iim_Ecoi afin que la puissance totale délivrée par les deux moteurs ne dépasse pas la puissance maximale PM2max_oEi du moteur 20. La butée PM2iim_Ecoi est donc calculée comme suit :
^>M21im _Ecol ^M2max_0EI ^MlEcol
Le moteur 20 travaille donc ainsi à un niveau de puissance moyen bien inférieure à sa puissance maximum, sans que cela soit perceptible par le pilote. Cela a aussi l'avantage de consommer une quantité d'énergie électrique bien moins importante, ce qui peut être intéressant lorsque l'énergie électrique est fournie par une batterie dont la quantité d'énergie disponible est forcément limitée.
Pendant toute la durée de l'entraînement, les paramètres moteurs renvoyés par le système de régulation pour l'affichage pilote sont « truqués » pour qu'ils soient représentatifs de ce qui serait affiché lors d'une vraie situation de panne. Ainsi, la vitesse, le couple ou la puissance du moteur 10 est indiqué à zéro pour représenter son état de panne simulée, alors que ce même moteur délivre effectivement un niveau de puissance significatif. A l'inverse, les paramètres équivalents du moteur 20 sont indiqués aux niveaux où ils seraient si ce moteur était le seul à fournir la puissance au rotor.
Toujours pendant toute la durée de l'entraînement, le système de régulation surveille en permanence le fonctionnement des deux moteurs. Ainsi, en cas de panne réelle détectée sur l'un ou l'autre moteur, le système de régulation interrompt immédiatement la procédure d'entraînement et de simulation de panne et réactive instantanément le moteur ne présentant pas de panne, afin qu'il délivre toute la puissance nécessaire à la poursuite du vol.
Variante 2 : utilisation du moteur 2 en frein au cours de la suite du vol d'entraînement
Dans la variante 2, on agit sur le niveau moyen de puissance délivré par le moteur 1 pendant la suite du mode école.
Comme évoqué ci-dessus, le compromis entre la puissance nécessaire pour maintenir une bonne réactivité du moteur 1 et le niveau de puissance minimum nécessaire pour la suite du vol d'entraînement peut être très difficile à satisfaire.
Pour faciliter ce compromis, une variante de l'invention consiste à utiliser le moteur 2 de façon réversible pour pouvoir augmenter la puissance PMIECOI du moteur 1. Cette solution ne peut être réalisée que si le moteur 2 peut prélever de la puissance mécanique sur la BTP et que la chaîne de puissance du moteur 2 est réversible, soit en rechargeant un organe de stockage (par exemple, une batterie), soit en dissipant instantanément cette puissance (par exemple à travers des résistances électriques de puissance).
Selon cette variante 2, le système de régulation commande un niveau de puissance PMIECOI supérieur à ce qui serait commandé selon l'invention de base. La puissance PMIECOI délivrée par le moteur 10 pendant qu'il est simulé en panne est, dans cette variante 2, supérieure à la puissance minimum du vol PRmin_Ecoi. Pour maintenir la vitesse de rotation du rotor au niveau désiré lorsque PRmin_Ecoi(t) < PMIECOI, le système de régulation commande une puissance négative sur le moteur 20. La somme des puissances des deux moteurs est ainsi maintenue au niveau du besoin rotor.
Dans cette variante 2, le choix de la puissance PMIECOI constante est toujours soumis à deux contraintes :
- elle doit toujours être le plus haut possible pour améliorer la réactivité du moteur 10 en cas de panne du moteur 20 pendant l'entraînement ;
- elle ne peut pas dépasser la puissance minimum du moteur 20, PM2min :
PMIECOI — ^>Rmin_Ecor^>M2min
Cette puissance minimum PM2min est ici négative et correspond (en valeur absolue) à la puissance maximum que peut prélever le moteur 20 de la BTP. Cette puissance minimum PM2min n'est pas forcément égale (au signe près) à la puissance maximum PM2max_oEi, et peut dépendre de la capacité de la chaîne de puissance du moteur 20 à absorber la puissance regénérée par ce moteur. Dans le cas d'une chaîne électrique, il peut s'agir de la puissance de recharge maximum de la batterie, ou de la puissance maximum dissipable par les « résistances de freinage ». Dans le cas où seule une batterie permet d'absorber la puissance prélevée par le moteur 20, la puissance minimum PM2min peut aussi être contrainte par des considérations énergétiques. En effet, il faut, à tout instant du vol d'entrainement, que l'énergie régénérée par le moteur 20 ne dépasse pas la capacité maximum de la batterie.
Variante 3 : adaptation en temps réel de PMIECOI pour supprimer le compromis sécurité/représentativité pour le choix de la constante PMIECOI
Dans la variante 3, on agit sur le niveau moyen de puissance délivré par le moteur 1 pendant la suite du mode école.
Il a été expliqué ci-dessus que, lors d'un entrainement, PMIECOI doit être le plus haut possible dans le but de :
- garantir la sécurité du vol en cas de panne réelle du moteur 20 en gardant en mémoire que : la perte de puissance due à la panne réelle du moteur 20 sera d'autant plus faible que le moteur 20 travaille à faible puissance (et donc que le moteur 10 travaille à forte puissance) ; la réactivité du moteur 1 sera d'autant plus rapide que le moteur 10 travaille à forte puissance (cas des turbines à gaz uniquement) ;
- permettre au moteur 20 de travailler à faible puissance et préserver ainsi sa source d'énergie (particulièrement intéressant si c'est une batterie, pour permettre des séances d'entrainement à la panne du moteur 10 répétées sans recharge batterie).
D'autre part, il a été expliqué aussi que PMIECOI doit être assez bas pour que le moteur 20 puisse compenser les baisses de puissance requises par le rotor tout en respectant PM2inst >PM2min (avec PM2min=0 si la chaîne de puissance du moteur 20 n'est pas réversible et PM2min < 0 si la chaîne de puissance du moteur 20 est réversible) afin d'assurer une bonne représentativité du comportement dynamique de la chaîne propulsive.
Dans la pratique, le compromis visant à définir la constante PMIECOI ci-dessus peut être difficile à trouver (voire impossible).
Dans la variante 3, il est proposé d'adapter en temps réel le régime PMIECOI au cours du temps, afin de faire travailler le moteur 20 autour d'une puissance juste nécessaire (marge de pilotage) PM2_réf(t), afin d'assurer une bonne représentativité du comportement dynamique de la chaîne propulsive. Un exemple d'adaptation en temps réel du PMIECOI est donné dans les figures suivantes (figures 7 et 8).
Dans la figure 7, on a détaillé un mode de réalisation particulier de la variante 3 dans le système de régulation.
Le caractère « lent » de l'adaptation en temps réel de la puissance PMIECOI permet au moteur 20 (plus rapide) de parfaitement compenser la puissance additionnelle apportée au rotor et ainsi de rendre les variations de la puissance du moteur 10 transparentes pour le pilote.
Il va de soi que dans le cas de la variante 3, il faut aussi adapter en temps réel la limite de puissance du moteur PM2iim_Ecoi afin que la puissance totale fournie par les deux moteurs ne dépasse jamais la puissance maximum du moteur 20 : PM2lim_Ecol(t) = PM2max_0EI " PMIECOI (t)
Pour adapter le régime PMIECOI de la turbine à gaz (turbomoteur) en temps réel, cette adaptation peut être réalisée en se basant, par exemple, sur un ou plusieurs des éléments listés ci-dessous :
- la commande de pas collectif de l'aéronef ;
- l'information d'anticipation de puissance venant de l'aéronef ;
- la puissance délivrée par le moteur 20, moyennée sur une certaine durée ;
- toute autre information permettant d'estimer le niveau moyen de besoin en puissance du rotor.
A titre d'exemple, on peut avoir :
PMiEcoi(t) = Filtre Passe Bas (PHéiico(t) - PM2réf) où PM2réf est une valeur constante et où la puissance en temps réel de l'hélicoptère (PHéiico(t)) est égal à, par exemple :
- PMiinst(t) + PM2inst(t), où PMiinst(t) est la puissance délivrée en temps réel par la première chaîne de puissance et PM2inst(t) est la puissance délivrée en temps réel par la deuxième chaîne de puissance ; ou
- une puissance estimée de type pas collectif ; ou
- une puissance estimée par l'avionique ; etc.
On aura donc en moyenne :
- PMlEcol(t) = PMlinst(t)
- PM2inst(t) = PM2réf, Pivi2réf étant la marge au pilotage désirée.
On précise que la dynamique du filtre Passe Bas doit être plus lente que la dynamique possible de la première chaîne de puissance.
Les exemples illustratifs décrits ci-dessus sont basés sur un système propulsif hybride bimoteur. L'invention peut toutefois couvrir n'importe quelle application multimoteur où l'entraînement du pilote consiste à simuler la panne d'un moteur parmi plusieurs. On peut citer, par exemple, une architecture avec trois moteurs en parallèle, dont un ou deux de ces trois moteurs sont électriques.
De plus, les exemples illustratifs décrits ci-dessus présentent une situation d'entraînement d'un pilote à une panne d'un moteur ne délivrant plus de puissance (panne totale d'un moteur), car il s'agit en général de la situation la plus exigeante en termes de pilotage et la plus contraignante en termes de simulation. L'invention peut toutefois couvrir toutes situations de panne partielle d'un moteur où celui-ci continue de délivrer un certain niveau de puissance avec des performances plus ou moins dégradées. Par exemple, on peut citer le cas d'une panne totale de la régulation de puissance, dite « gèle », où le moteur simulé en panne est figé à un niveau de puissance constant sur un point du domaine de vol.
REFERENCES CITEES [1] US 6,917,908 B2
[2] US 8,025,503 B2
[3] EP 2 724939 B1
[4] EP 2 886456 Al

Claims

Revendications
1. Procédé d'entrainement d'un pilote à une panne d'une chaîne de puissance d'un système propulsif hybride pour aéronef comprenant n chaînes de puissance reliées en parallèle sur une boîte de transmission, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dont une première et une deuxième chaînes de puissance de natures hétérogènes, le procédé comprenant, pendant un vol de l'aéronef, une simulation d'une panne de la première chaîne de puissance par la mise en œuvre des étapes suivantes :
- diminution de la puissance instantanée PMiinst délivrée par la première chaîne de puissance jusqu'à une puissance d'écolage PMIECOI et maintien à cette puissance PMIECOI jusqu'à la fin de la simulation, avec :
P|VI2max_OEI > P M1ECOI> PlVIlmin
PM2max_oEi étant la puissance maximale instantanée délivrable par la deuxième chaîne de puissance hors mode école et PMimin étant la puissance minimale instantanée délivrable par la première chaîne de puissance ; et
- augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaîne de puissance jusqu'à une puissance qui est inférieure ou égale à une puissance limite supérieure PM2iim_Ecoi applicable à la deuxième chaîne de puissance pendant le mode école, et régulation de la puissance PM2inst au cours de la simulation de sorte que la puissance totale instantanée Ptot_Ecoi délivrée par les première et deuxième chaînes de puissance pendant le mode école soit inférieure ou égale à PM2max_oEi, avec : Ptot Ecol =PMlEcol+PM2inst
Ptot Ecol — PlVI2max_OEI
P|VI2inst PlVI2lim_Ecol < PlVI2max_OEI
P|VI2lim_Ecol + PMIECOI = PlVI2max_OEI
PM2iim_Ecoi étant la puissance maximale délivrable par la deuxième chaîne de puissance en mode école pour que Ptot_Ecoi ne dépasse pas PM2max_oEi ; le procédé comprenant en outre, de manière concomitante à la simulation, un contrôle de l'état des n chaînes de puissance du système propulsif et, en cas de détection d'une panne de l'une des n chaînes de puissance, arrêt de la simulation et augmentation de la puissance instantanée délivrée par au moins l'une parmi la première et la deuxième chaîne de puissance, de sorte que la somme des puissances instantanées délivrées par les n chaînes de puissance soit supérieure ou égale à PRmin_oEi, PRmin_oEi étant une puissance instantanée totale minimum requise pour poursuivre le vol de l'aéronef.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la deuxième chaîne de puissance est choisie parmi une chaîne de puissance de type hydraulique ou électrique, et la première chaîne de puissance est choisie parmi une chaîne de puissance de type turbine à gaz.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, la deuxième chaîne de puissance étant réversible, l'étape d'augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaîne de puissance est précédée d'une étape de prélèvement, par la deuxième chaîne de puissance, d'une portion de la puissance instantanée PMI délivrée par la première chaîne de puissance à la boîte de transmission, moyennant quoi on obtient une chute plus rapide de la puissance totale instantanée Ptot_Ecoi délivrée par les première et deuxième chaînes de puissance au cours de la simulation.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de diminution de la puissance instantanée PMiinst délivrée par la première chaîne de puissance comporte une réduction transitoire de la puissance de la première chaîne de puissance en dessous de PMIECOI, suivie d'une augmentation de la puissance de la première chaîne de puissance jusqu'à PMIECOI.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le déclenchement de l'étape d'augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaîne de puissance est retardé et/ou l'augmentation de la puissance instantanée PM2inst délivrée par la deuxième chaîne de puissance est ralentie, moyennant quoi un trou de puissance transitoire est créé.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, la deuxième chaîne de puissance étant réversible et PMIECOI étant choisie supérieure ou égale à PRmin Ecoi (PRmin_Ecoi étant la puissance instantanée totale minimum requise pour poursuivre le vol de l'aéronef en mode école), une étape de prélèvement d'une portion de la puissance délivrée par la première chaîne de puissance à la boîte de transmission est réalisée, par la deuxième chaîne de puissance, au moins une fois au cours de l'étape d'augmentation de la puissance délivrée par la deuxième chaîne de puissance, la portion maximale prélevable P M2min_Ecol étant une valeur négative et étant égale, en valeur absolue, à la puissance maximum que peut prélever la deuxième chaîne de puissance de la boîte de transmission en mode école, avec PMIECOI + P M2min_Ecol — PRmin Ecoi-
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la puissance PMIECOI de la première chaîne de puissance et la limite de puissance de la deuxième chaîne de puissance PM2iim_Ecoi sont adaptées en temps réel au cours de la simulation, de sorte qu'une moyenne de la puissance de la deuxième chaîne de puissance au cours de la simulation soit égale à une puissance de référence PM2réf choisie pour garantir une marge de pilotage de l'aéronef, avec PM2min< PM2réf < PlVI2lim_Ecol St P M2I im_Ecol (t ) + PlvilEcol(t) = P|VI2max_OEI
8. Dispositif d'entrainement d'un pilote à une panne d'une chaîne de puissance d'un système propulsif hybride pour aéronef comprenant n chaînes de puissance, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dont une première et une deuxième chaînes de puissance de natures hétérogènes et reliées en parallèle sur une boîte de transmission, le dispositif comprenant des moyens de commande configurés pour mettre en œuvre un procédé d'entrainement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Aéronef équipé d'un système propulsif hybride comprenant n chaînes de puissance, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dont une première et une deuxième chaînes de puissance de natures hétérogènes et reliées en parallèle sur une boîte de transmission, et d'un dispositif d'entrainement selon la revendication 8.
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