WO2023175270A1 - Procede et unite de commande d'ensemble moteur - Google Patents

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WO2023175270A1
WO2023175270A1 PCT/FR2023/050341 FR2023050341W WO2023175270A1 WO 2023175270 A1 WO2023175270 A1 WO 2023175270A1 FR 2023050341 W FR2023050341 W FR 2023050341W WO 2023175270 A1 WO2023175270 A1 WO 2023175270A1
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gas turbine
turbine engine
low pressure
control unit
electric machine
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Application number
PCT/FR2023/050341
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Jean-Baptiste Etienne Bernard LEPRETRE
Baptiste Jean-Marie Renault
Seif Eddine BENATTIA
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Safran Aircraft Engines
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    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
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    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
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    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/31—Fuel schedule for stage combustors

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of engine assemblies, and more particularly aircraft engine assemblies comprising at least one electric machine and a gas turbine engine.
  • the present disclosure aims to better adapt to operational constraints the operation of an aircraft engine assembly comprising a gas turbine engine and at least one electrical machine mechanically coupled to a rotating shaft of the gas turbine engine in such a manner. to be rotated to generate electricity.
  • a setpoint for drawing mechanical power by the electrical machine can be modified when an operating parameter of the engine gas turbine reaches a predetermined limit.
  • the gas turbine engine can be a turbojet and in particular a fan turbojet.
  • the application of this method is also possible with other types of gas turbine engine for aircraft, such as for example turboprop engines used to drive at least one propulsive propeller or turboshaft engines used to drive at least one rotor. sustenance.
  • This method is also applicable to engine assemblies comprising a reduction gear connected to a rotary shaft of the gas turbine engine for driving a mechanical member by the low pressure shaft through the reduction gear, such as for example the geared fan turbojets as well as most turboprops and turboshafts.
  • Said operating parameter may in particular be a temperature inside the gas turbine engine, and its predetermined limit may be a maximum limit.
  • the temperature can be a gas temperature in an exhaust nozzle of the gas turbine engine and the mechanical power draw setpoint by the electric machine can be reduced when the temperature increases to the maximum limit, so as to relieve the gas turbine engine.
  • a temporary reduction in the mechanical power draw by the electric machine can preserve the propulsive power supplied by the engine assembly to the aircraft, without the temperature of the exhaust gases becoming too high.
  • the gas turbine engine comprises at least one low pressure shaft with a low pressure turbine and a high pressure shaft with a high pressure turbine disposed upstream of the low pressure turbine, and the electric machine is mechanically coupled to the high pressure shaft
  • the temperature can be a combustion gas temperature at the outlet of the low pressure turbine, and the mechanical power draw set point by the electric machine can be reduced when the temperature increases to the maximum limit, so as to relieve the high pressure shaft.
  • it may in particular be possible to avoid overheating of the turbines during idling speed, which may for example be a speed at which the high pressure shaft rotates at a speed not greater than 40% of a maximum nominal speed.
  • the motor assembly may also include an electrical machine mechanically coupled to the low pressure shaft, and a mechanical power draw-off setpoint by the electrical machine mechanically coupled to the low-pressure shaft can be increased when the mechanical power draw-off setpoint by the electrical machine mechanically coupled to the high-pressure shaft is reduced.
  • said operating parameter may be a function of a fuel flow rate supplied to a combustion chamber of the gas turbine engine, such as for example said fuel flow rate divided by a static pressure in inlet of the combustion chamber of the gas turbine engine, possibly standardized according to of an inlet temperature, and the mechanical power draw setpoint can be reduced when the operating parameter increases to a maximum limit and/or increased when the operating parameter drops to a minimum limit.
  • a fuel flow rate supplied to a combustion chamber of the gas turbine engine such as for example said fuel flow rate divided by a static pressure in inlet of the combustion chamber of the gas turbine engine, possibly standardized according to of an inlet temperature
  • the mechanical power draw setpoint can be reduced when the operating parameter increases to a maximum limit and/or increased when the operating parameter drops to a minimum limit.
  • Said mechanical work can in particular be controlled in an open loop.
  • said mechanical work could be controlled in a closed loop, that is to say according to a feedback value.
  • a second aspect of this disclosure concerns a control unit of the aforementioned motor assembly which can be adapted to control a change in a setpoint for drawing mechanical power by the electric machine when an operating parameter of the turbine motor gas reaches a predetermined limit
  • a third aspect of this disclosure concerns a motor assembly comprising the control unit of the second aspect as well as the electric machine and the gas turbine engine.
  • a fourth aspect of this disclosure concerns a computer program which may include instructions which, implemented by a control unit of the aforementioned hybrid motor assembly, lead the control unit to carry out the control method of the first appearance.
  • Figure 1 is a schematic representation of an engine assembly according to embodiments, comprising a gas turbine engine, two electric machines and a control unit.
  • Figure 2 is a representation of an aircraft electrical network comprising two motor assemblies like that of Figure 1.
  • Figure 3 is a diagram illustrating a method of controlling the motor assembly of Figure 1 according to a first and a second embodiment.
  • Figure 4 is a diagram illustrating a method of controlling the motor assembly of Figure 1 according to a third embodiment.
  • an aircraft engine assembly 100 may comprise a gas turbine engine 200, a first electric machine 300, a second electric machine 400 and a control unit 500.
  • the gas turbine engine 200 may include a low pressure shaft 210 and a high pressure shaft 220.
  • the low pressure shaft 210 and the high pressure shaft 220 may be arranged coaxially, as shown.
  • the gas turbine engine 200 may also include a low pressure compressor 230, a high pressure compressor 240, a combustion chamber 250, a high pressure turbine 260, a low pressure turbine 270, and an exhaust nozzle 275, arranged successively.
  • the high pressure shaft 220 can be mechanically coupled to the high pressure turbine 260 and to the high pressure compressor 240, so that the high pressure turbine 260 can rotate the high pressure shaft 220 and the high pressure compressor 240, while the low pressure shaft 210 can be mechanically coupled to the low pressure turbine 270 and the low pressure compressor 230, so as to so that the low pressure turbine 270 can rotate the low pressure shaft 210 and the low pressure compressor 230.
  • the gas turbine engine 200 can be a turbofan engine also comprising a fan 280, which can also be mechanically coupled to the low pressure shaft 230, so as to be able to be also driven in rotation by the low pressure turbine 270 through the low pressure shaft 210.
  • the gas turbine engine 200 could also include a reducer 290 interposed between the low pressure shaft 210 and the fan 280, so as to so that the fan 280 can be driven with a lower rotation speed than the low pressure shaft 210.
  • a fan directly driven by the low pressure shaft 210 is also possible.
  • other architectures of the gas turbine engine 200, without fan are also possible.
  • the gas turbine engine 200 could alternatively be a turboprop, with at least one propulsive propeller mechanically coupled to the low pressure shaft 210 through the reduction gear 290, or a turboshaft engine, with at least one lift rotor mechanically coupled to the low pressure shaft 210 through the reducer 290. It is also conceivable, in particular for a turboshaft or a turboprop, that the gas turbine engine 200 includes only one compressor, mechanically coupled to the high pressure shaft 210.
  • the first electrical machine 300 can be, as illustrated, configured as a motor-generator to selectively transform electrical energy into mechanical work in motor mode and mechanical work into electrical energy in generator mode.
  • This first electrical machine 300 can be mechanically coupled to the low pressure shaft 210 to actuate, in motor mode, the low pressure shaft 210, and to be actuated, in generator mode, by the low pressure shaft 210.
  • it It is also possible, in the context of the present disclosure, that it is only configured as an electrical generator, capable only of transforming electrical energy into mechanical work.
  • the second electric machine 400 can also be, as illustrated, configured as a motor-generator for selectively transform electrical energy into mechanical work in motor mode and mechanical work into electrical energy in generator mode.
  • This second electrical machine can be mechanically coupled to the high pressure shaft 220 to actuate, in motor mode, the high pressure shaft 220, and to be actuated, in generator mode, by the high pressure shaft 220.
  • each of the first and second electrical machines 300, 400 of each motor assembly 100 can be electrically connected to an electrical network 20.
  • This electrical network 20 can be a direct current electrical network, and each of the first and second electrical machines 300, 400 of each motor assembly 100 can then be electrically connected to the electrical network 20 through a corresponding converter 30.
  • the aircraft 10 can also include a fuel cell 50, an electrical energy storage device 60 (such as for example a battery and/or a supercapacitor) and/or an auxiliary generator 40, which may include a generator 41 mechanically coupled to a combustion engine 42 for its actuation and be electrically connected to the electrical network 20 through another converter 30.
  • the control unit 500 may be an electronic control unit, possibly a full authority digital engine control unit (in English: “Full Authority Digital Engine Control” or FADEC). It can in particular take the form of an electronic processor capable of implementing the instructions of a computer program to control the operation of the engine assembly 100.
  • This control unit 500 can be connected to the gas turbine engine 200 to control in particular the supply of fuel to the combustion chamber 250, as well as to each of the first and second electrical machines 300, 400 to control the injection and/or extraction of mechanical work from the low pressure shaft 210 and of the high pressure shaft 220, respectively.
  • the control unit 500 can also be connected to a manual control, such as for example a throttle lever 80, and/or to a flight computer 90, in order to receive an operating instruction from the motor assembly 100, which can for example take the form of a setpoint for thrust, power, or rotation speed of the low pressure shaft 210 and/or the high pressure shaft 220.
  • a manual control such as for example a throttle lever 80
  • a flight computer 90 in order to receive an operating instruction from the motor assembly 100, which can for example take the form of a setpoint for thrust, power, or rotation speed of the low pressure shaft 210 and/or the high pressure shaft 220.
  • the control unit 500 of each engine assembly 100 can by elsewhere also be connected to a control unit 70 of the electrical network 20, which can be connected in turn to each converter 30, to the generator 40, to the fuel cell 50 and/or to the electrical energy storage device 60 , in order to maintain a balance in the electrical network 20.
  • the control unit 500 can also be connected to temperature sensors 276 and 277, arranged, respectively, directly downstream and upstream of the low pressure turbine 270, to receive temperatures of the combustion gases at the outlet of the low pressure turbine 270 and at the outlet of the high pressure turbine 260, to one or more pressure sensors (not illustrated), arranged in the combustion chamber 250 to sense a static pressure p cc input to the combustion chamber 250 and transmit it to the control unit 500, and to one or more flow sensors (not shown), arranged in a circuit supplying the combustion chamber 250 with fuel to sense a flow rate C of fuel supplied to the combustion chamber 250 and transmit it to the control unit 500, in particular as a feedback value for controlling this fuel supply.
  • the control unit 500 can be adapted to implement a method of controlling the motor assembly 100, as illustrated in FIG. 3, in which the combustion gas temperature T 5 at the outlet of the low pressure turbine 270 is captured and transmitted to the control unit 500 by the sensor 276 and compared to a maximum limit T 5 , max in a comparator functional block 510 of the control unit 500, such that, when this temperature T 5 increases until reaching the maximum limit T 5imax , in particular at an idle speed, a functional switch block 520 of the control unit 500 can pass from a first operating mode F1 to a second operating mode F2, in which a power sampling setpoint P H p mechanics transmitted by the control unit 500 to the second electrical machine 400 is reduced.
  • the control unit 500 can control, simultaneously with this reduction in the power drawn by the second electrical machine 400, an increase in the power taken by the first electrical machine 300 from the shaft low pressure 210.
  • a first mode F1 in which all of the required electrical power would be generated solely by the second electrical machine 400, and the first electrical machine 300 would draw substantially no power from the low pressure shaft 210, to a second mode F2 in which the electrical generation would be shared, for example equally, between the first electrical machine 300 and the second electrical machine 400.
  • control unit 500 can also control, through the control unit 70 of the electrical network 20, an additional electrical supply by the auxiliary generator 40, by the fuel cell 50 and/or by the electrical energy storage device 60, and/or lower electrical consumption by one or more consumers connected to the electrical network 20.
  • the reduction in the mechanical power draw PHP by the second electrical machine 400 can be controlled in a closed loop, in particular as a function of a difference between the temperature T 5 , therefore used as a feedback value, and its upper limit T 5imax .
  • the reduction in the drawdown of the power PHP could be controlled in an open loop, for example with a predetermined reduction in the drawdown of the power PH p for a predetermined time.
  • control unit 500 can be adapted to implement a method of controlling the engine assembly 100, in which the temperature T E G of the combustion gases leaving the turbine high pressure 260 is captured (or calculated separately and transmitted to the control unit 500 by the sensor 277 to be compared with a maximum limit T EG, max in the comparator functional block 510 of the control unit 500, such way that, when this temperature T E G increases until reaching the maximum limit T EG , max, in particular at a take-off speed of the aircraft, the functional switch block 520 of the control unit 500 can pass from the first operating mode F1 to a second operating mode F2', in which a mechanical power sampling instruction PBP transmitted by the control unit 500 to the first electrical machine 300 and/or a mechanical power sampling instruction P H p transmitted to the second electric machine 400
  • thermoelectric turbine 260 it is also possible to use, instead of the temperature T EG of the combustion gases at the outlet of the high pressure turbine 260, a temperature of the combustion gases even further upstream, in particular a temperature T 41 of the combustion gases at the inlet of the high pressure turbine 260, in such a way that the setpoint P B p and/or the setpoint PHP are reduced when this temperature increases until reaching a maximum limit, in particular at a take-off speed of the aircraft.
  • Both the temperature T EG and the temperature T 41 could not be directly captured, but be calculated indirectly from other parameters before being compared to their corresponding limits in the comparator functional block 510 of the control unit 500.
  • control unit 500 can control, through the control unit 70 of the electrical network 20, an additional electrical supply by the auxiliary generator 40, by the fuel cell 50 and/or by the electrical energy storage device 60, and/or lower electrical consumption by one or more consumers (not illustrated) connected to the electrical network 20 which are not essential to the safety of the flight.
  • the reduction in mechanical power withdrawals PBP and PHP by the first and second electrical machines 300, 400 can be controlled in a closed loop.
  • the control unit 500 could command the first and/or second electrical machines 300, 400 to reduce the sampling of the corresponding power P B p or P H p as a function, for example, of a difference between the temperature T EG , therefore used as a feedback value, and its upper limit T EG , max-
  • the reduction of the sampling of the powers PHP and/or PBP could be controlled in an open loop, for example with a predetermined reduction in the sampling of the power P H p and/or P B p for a predetermined time.
  • the control of the reduction in the sampling of powers PHP and/or PBP could also integrate a hysteresis 530, so as to stop only when the temperature T EG would be significantly below its upper limit T EG , max-
  • control unit 500 can be adapted to implement a method of controlling the motor assembly 100, illustrated in Figure 4, in which the control unit 500 can calculate a CsP ratio which can be the flow rate C of fuel supplied to the combustion chamber 250 transmitted by at least one flow sensor, divided by the static pressure p cc transmitted by the at least one pressure sensor.
  • This CsP ratio possibly normalized as a function of an inlet temperature, can be compared to an upper limit CsP ma x and/or to a lower limit CsP m in in respective comparator functional blocks 510a, 510b, in particular during a phase deceleration of the rotation speed of the high pressure shaft 220.
  • a first functional block switch 520a of the control unit 500 can switch from the first mode of operation F1 to a second operating mode F2a, in which the control unit 500 can control a reduction in the withdrawal of the power PHP taken by the second electrical machine 400 from the high pressure shaft 220, so as to relieve the shaft high pressure 220 and that it can in particular continue to accelerate with the available fuel supply, expressed by the upper limit CsP ma x-
  • This reduction in the withdrawal of the power PHP can in particular be controlled in a closed loop, in particular as a function of a difference between the CsP ratio, therefore used as a feedback value, and its upper limit CsP ma x-
  • the reduction in the power draw P H p could be controlled in an open loop, with for example a reduction predetermined drawdown of PHP power for a predetermined time
  • the control unit 500 can control, simultaneously with this reduction in the power draw P H p by the second electrical machine 400, a increase in the power PBP taken by the first electric machine 300 from the low pressure shaft 210.
  • the unit of control 500 can also control, through the control unit 70 of the electrical network 20, an additional electrical supply by the auxiliary generator 40, by the fuel cell 50 and/or by the electrical energy storage device 60, and/or lower electrical consumption by one or more consumers (not illustrated) connected to the electrical network 20 which are not essential to the safety of the flight.
  • a second functional switch block 520b of the control unit 500 can pass from the first operating mode F1 to a third operating mode F2b, in which the control unit 500 can control an increase in the withdrawal of the power P H p taken by the second electric machine 400 on the high pressure shaft 220, so as to brake the high pressure shaft and so that it can in particular continue to decelerate while avoiding the extinction of the combustion chamber 250 due to insufficient fuel supply, thanks to compliance with the lower limit CsPmin-
  • This increase in the withdrawal of the power P H p can in particular be controlled in a closed loop, in particular depending on a difference between the CsP ratio, therefore used as a feedback value, and its limit lower CsPmin- Alternatively, however, the increase in the drawdown of the power P H p could be controlled in an open
  • control unit 500 can control, simultaneously with this increase in the power draw P H p by the second electrical machine 400, a reduction in the power PBP taken by the first electric machine 300 from the low pressure shaft 210.
  • control unit 500 can also control, through the control unit 70 of the electrical network 20, a reduction in electrical input by the auxiliary generator 40, by the fuel cell 50 and/or by the electrical energy storage device 60, and or greater electrical consumption by one or more consumers (not illustrated) connected to the electrical network 20, such as for example one or more defrosting devices.
  • the nozzle 275 can be a variable section nozzle. To vary its outlet section, it can include actuators 278 connected for their control to the control unit 500. In the event of reaching a nozzle outlet section limit, the control unit 500 can control a reduction in the withdrawal of the power PBP taken by the first electric machine 300 from the high pressure shaft 210 and/or of the power P H p taken by the second electric machine 400 from the high pressure shaft 220, so as to reduce load the low pressure shaft 210 and/or the high pressure shaft 220.
  • the reduction in the drawdown of the power PBP and/or the power PHP could be controlled in an open loop, with for example a predetermined reduction in the power drawdown during a predetermined time.
  • control unit 500 can control, through the control unit 70 of the electrical network 20, an additional electrical supply by the auxiliary generator 40, by the fuel cell 50 and/or by the electrical energy storage device 60, and/or lower electrical consumption by one or more consumers (not illustrated) connected to the electrical network 20 which are not essential to the safety of the flight.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de commande d'un ensemble moteur (100). Cet ensemble moteur (100) comprend un moteur à turbine à gaz (200) et au moins une machine électrique (300, 400) couplée mécaniquement à un arbre rotatif (210, 220) du moteur à turbine à gaz (200) de manière à être entrainée en rotation pour générer de l'électricité. Dans ce procédé de commande, une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300, 400) est modifiée quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz (200) atteint une limite prédéterminée. L'invention concerne également une unité de commande (500) adaptée pour effectuer ce procédé, un ensemble moteur (100) incorporant cette unité de commande (100), la machine électrique (300,400) et le moteur à turbine à gaz (200), et un programme informatique pour effectuer ce procédé.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et unité de commande d'ensemble moteur
Domaine Technique
[0001 ] La présente invention concerne le domaine technique des ensembles moteurs, et plus particulièrement des ensembles moteurs d’aéronef comprenant au moins une machine électrique et un moteur à turbine à gaz.
Technique antérieure
[0002] Dans le domaine des ensembles moteurs, et en particulier des ensembles moteurs incorporant des moteurs à turbine à gaz et utilisés dans l’aviation, on assiste à une importance croissante des prélèvements de puissance mécanique pour des fins secondaires, et en particulier pour la génération électrique. Or, si le moteur à turbine à gaz est dimensionné en fonction des demandes maximales en énergie propulsive et électrique, ceci peut être contraire à son exploitation économique.
[0003] Afin de résoudre ce problème, il a été proposé dans la publication de demande de brevet européen numéro EP 2 989 007 A1 de réduire temporairement, lors des étapes transitoires d’accélération des moteurs à turbine à gaz d’un aéronef, la puissance mécanique extraite par des générateurs électriques mécaniquement couplés à ces moteurs à turbine à gaz, pour les délester et ainsi faciliter leur accélération, et d’augmenter la puissance mécanique extraite par les générateurs électriques lors des étapes de décélération. En stockant l’excédent d’énergie électrique généré pendant les étapes de décélération pour couvrir tout éventuel déficit en énergie électrique pendant les étapes d’accélération, il peut ainsi être possible de dimensionner plus modestement le moteur à turbine à gaz, tout en couvrant les demandes maximales en puissance mécanique ou poussée et en puissance électrique.
[0004]Toutefois, les moteurs à turbine à gaz sont aussi soumis à d’autres contraintes opérationnelles, et cela même à des phases autres que les accélérations. Les publications de demande de brevet US 2022/065176 Al et EP 3 569 855 Al ont divulgué d'autres procédés d'opération d'ensembles propulsifs comprenant des moteurs à turbine à gaz et des machines électriques.
Exposé de l’invention
[0005] La présente divulgation vise à mieux adapter aux contraintes opérationnelles le fonctionnement d’un ensemble moteur d’aéronef comprenant un moteur à turbine à gaz et au moins une machine électrique couplée mécaniquement à un arbre rotatif du moteur à turbine à gaz de manière à être entraînée en rotation pour générer de l’électricité.
[0006] Pour cela, suivant un premier aspect de cette divulgation, dans un procédé de commande d’un tel ensemble moteur d’aéronef, une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut être modifiée quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz atteint une limite prédéterminée.
[0007] Grâce à ce changement de la consigne de prélèvement de travail mécanique par la machine électrique, il est possible d’éviter que le paramètre de fonctionnement du moteur de turbine à gaz sorte d’une plage préférée, sans affecter la puissance propulsive ou la poussée qui sont fournies à l’aéronef.
[0008] Le moteur à turbine à gaz peut être un turboréacteur et en particulier un turboréacteur à soufflante. Toutefois, l’application de ce procédé est également envisageable avec d’autres types de moteur à turbine à gaz pour aéronef, tels que par exemple les turbopropulseurs servant à entrainer au moins une hélice propulsive ou les turbomoteurs servant à entrainer au moins un rotor de sustentation.
[0009] Ce procédé est par ailleurs applicable aux ensembles moteurs comprenant un réducteur connecté à un arbre rotatif du moteur à turbine à gaz pour l’entrainement d’un organe mécanique par l’arbre basse pression à travers le réducteur, comme par exemple les turboréacteurs à soufflante à réducteur ainsi que la plupart des turbopropulseurs et turbomoteurs.
[0010] Ledit paramètre de fonctionnement peut notamment être une température à l’intérieur du moteur à turbine à gaz, et sa limite prédéterminée peut être une limite maximale. En particulier, la température peut être une température de gaz dans une tuyère d’échappement du moteur à turbine à gaz et la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut être réduite quand la température augmente jusqu’à la limite maximale, de manière à délester le moteur à turbine à gaz. Ainsi, notamment dans un régime élevé du moteur à turbine à gaz, tel que peut en particulier être atteint au décollage, une réduction temporaire du prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut préserver la puissance propulsive fournie par l’ensemble moteur à l’aéronef, sans que la température des gaz à l’échappement ne devienne trop élevée.
[0011] Alternativement, toutefois, si le moteur à turbine à gaz comprend au moins un arbre basse pression avec une turbine basse pression et un arbre haute pression avec une turbine haute pression disposée en amont de la turbine basse pression, et la machine électrique est couplée mécaniquement à l’arbre haute pression, la température peut être une température de gaz de combustion en sortie de la turbine basse pression, et la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut être réduite quand la température augmente jusqu’à la limite maximale, de manière à délester l’arbre haute pression. Ainsi, il peut notamment être possible d’éviter une surchauffe des turbines pendant un régime de ralenti, qui peut être par exemple un régime auquel l’arbre haute pression tourne à une vitesse non supérieure à 40% d’un régime maximal nominal. Dans ce cas, afin de compenser au moins en partie la diminution de la puissance électrique générée par la machine électrique couplée à l’arbre haute pression, l’ensemble moteur peut comprendre aussi une machine électrique couplée mécaniquement à l’arbre basse pression, et une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique couplée mécaniquement à l’arbre basse pression peut être augmentée quand la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique couplée mécaniquement à l’arbre haute pression est réduite.
[0012] Toutefois, alternativement à une température, ledit paramètre de fonctionnement peut être une fonction d’un débit de carburant fourni à une chambre de combustion du moteur à turbine à gaz, comme par exemple ledit débit de carburant divisé par une pression statique en entrée de la chambre de combustion du moteur à turbine à gaz, éventuellement normalisé en fonction d’une température d’admission, et la consigne de prélèvement de puissance mécanique peut être réduite quand le paramètre de fonctionnement augmente jusqu’à une limite maximale et/ou augmentée quand le paramètre de fonctionnement descend jusqu’à une limite minimale. Ainsi, on peut notamment obtenir des montées en régime plus rapides sans tout en respectant une limite maximale du débit de carburant pour éviter des phénomènes de pompage, notamment d’un compresseur haute pression, et/ou des descentes en régime plus rapides en respectant une limite minimale du débit de carburant pour éviter d’éteindre la combustion.
[0013] Ledit travail mécanique peut notamment être commandé en boucle ouverte. Alternativement, toutefois, ledit travail mécanique pourrait être commandé en boucle fermée, c’est-à-dire en fonction d’une valeur de rétroaction.
[0014] Un deuxième aspect de cette divulgation concerne une unité de commande de l’ensemble moteur susmentionné qui peut être adaptée pour commander un changement d’une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz atteint une limite prédéterminée
[0015] Un troisième aspect de cette divulgation concerne un ensemble moteur comprenant l’unité de commande du deuxième aspect ainsi que la machine électrique et le moteur à turbine à gaz.
[0016] Un quatrième aspect de cette divulgation concerne un programme d’ordinateur pouvant comprendre des instructions qui, mises en oeuvre par une unité de commande de l’ensemble moteur hybride susmentionné, conduisent l’unité de commande à effectuer le procédé de commande du premier aspect.
Brève description des dessins
[0017] L’objet du présent exposé et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
[0018] [Fig. 1] La figure 1 est une représentation schématique d’un ensemble moteur suivant des modes de réalisation, comprenant un moteur à turbine à gaz, deux machines électriques et une unité de commande. [0019] [Fig. 2] La figure 2 est une représentation d’un réseau électrique d’aéronef comprenant deux ensembles moteurs comme celui de la figure 1 .
[0020] [Fig. 3] La figure 3 est un schéma illustrant un procédé de commande de l’ensemble moteur de la figure 1 suivant un premier et un deuxième modes de réalisation.
[0021] [Fig. 4] La figure 4 est un schéma illustrant un procédé de commande de l’ensemble moteur de la figure 1 suivant un troisième mode de réalisation.
Description des modes de réalisation
[0022] Comme illustré sur la figure 1 , un ensemble moteur 100 d’aéronef suivant un mode de réalisation peut comprendre un moteur à turbine à gaz 200, une première machine électrique 300, une deuxième machine électrique 400 et une unité de commande 500. Le moteur à turbine à gaz 200 peut comprendre un arbre basse pression 210 et un arbre haute pression 220. L’arbre basse pression 210 et l’arbre haute pression 220 peuvent être arrangés coaxialement, comme illustré. Le moteur à turbine à gaz 200 peut aussi comprendre un compresseur basse pression 230, un compresseur haute pression 240, une chambre de combustion 250, une turbine haute pression 260, une turbine basse pression 270, et une tuyère d’échappement 275, arrangés successivement dans le sens de l’écoulement dans une veine annulaire de fluide de travail, de manière à ce que de l’air admis en amont du compresseur basse pression 230 soit successivement comprimé dans le compresseur basse pression 230 et dans le compresseur haute pression 240, pour ensuite générer dans la chambre de combustion 250 des gaz de combustions chauds par combustion d’un carburant injecté dans cette chambre de combustion 250. Ces gaz de combustion peuvent alors être successivement détendus dans la turbine haute pression 260 et dans la turbine basse pression 270, de manière à les actionner en rotation, avant d’échapper par la tuyère 275. L’arbre haute pression 220 peut être couplé mécaniquement à la turbine haute pression 260 et au compresseur haute pression 240, de manière à ce que la turbine haute pression 260 puisse entrainer en rotation l’arbre haute pression 220 et le compresseur haute pression 240, tandis que l’arbre basse pression 210 peut être couplé mécaniquement à la turbine basse pression 270 et au compresseur basse pression 230, de manière à ce que la turbine basse pression 270 puisse entrainer en rotation l’arbre basse pression 210 et le compresseur basse pression 230.
[0023] Comme dans le mode de réalisation illustré, le moteur à turbine à gaz 200 peut être un turboréacteur à double flux comprenant aussi une soufflante 280, qui peut aussi être couplée mécaniquement à l’arbre basse pression 230, de manière à pouvoir être aussi entraînée en rotation par la turbine basse pression 270 à travers l’arbre basse pression 210. Comme illustré, le moteur de turbine à gaz 200 pourrait comprendre aussi un réducteur 290 interposé entre l’arbre basse pression 210 et la soufflante 280, de manière à ce que la soufflante 280 puisse être entraînée avec une moindre vitesse de rotation que l’arbre basse pression 210. Toutefois, une soufflante à entrainement direct par l’arbre basse pression 210 est également envisageable. Par ailleurs, d’autres architectures du moteur à turbine à gaz 200, sans soufflante, sont également envisageables. Ainsi, le moteur à turbine à gaz 200 pourrait alternativement être un turbopropulseur, avec au moins une hélice propulsive mécaniquement couplée à l’arbre basse pression 210 à travers le réducteur 290, ou un turbomoteur, avec au moins un rotor de sustentation mécaniquement couplé à l’arbre basse pression 210 à travers le réducteur 290. Il est également envisageable, en particulier pour un turbomoteur ou un turbopropulseur, que le moteur à turbine à gaz 200 ne comprenne qu’un seul compresseur, couplé mécaniquement à l’arbre haute pression 210.
[0024] La première machine électrique 300 peut être, comme illustré, configurée en tant que moteur-générateur pour sélectivement transformer de l’énergie électrique en travail mécanique en mode moteur et du travail mécanique en énergie électrique en mode générateur. Cette première machine électrique 300 peut être couplée mécaniquement à l’arbre basse pression 210 pour actionner, en mode moteur, l’arbre basse pression 210, et pour être actionnée, en mode générateur, par l’arbre basse pression 210. Toutefois, il est également envisageable, dans le cadre de la présente divulgation, qu’elle ne soit configurée qu’en tant que générateur électrique, apte uniquement à transformer de l’énergie électrique en travail mécanique.
[0025] De manière analogue, la deuxième machine électrique 400 peut aussi être, comme illustré, configurée en tant que moteur-générateur pour sélectivement transformer de l’énergie électrique en travail mécanique en mode moteur et du travail mécanique en énergie électrique en mode générateur. Cette deuxième machine électrique peut être couplée mécaniquement à l’arbre haute pression 220 pour actionner, en mode moteur, l’arbre haute pression 220, et pour être actionnée, en mode générateur, par l’arbre haute pression 220. Toutefois, il est également envisageable, dans le cadre de la présente divulgation, qu’elle ne soit configurée qu’en tant que générateur électrique, apte uniquement à transformer du travail mécanique en énergie électrique.
[0026] Comme illustré sur la figure 2, dans un aéronef 10, qui peut être un aéronef 10 avec un ou plusieurs ensembles moteurs 100 analogues, chacune des première et deuxième machines électriques 300, 400 de chaque ensemble moteur 100 peuvent être connectées électriquement à un réseau électrique 20. Ce réseau électrique 20 peut être un réseau électrique à courant continu, et chacune des première et deuxième machines électriques 300, 400 de chaque ensemble moteur 100 peuvent alors être connectées électriquement au réseau électrique 20 à travers un convertisseur 30 correspondant. Pour alimenter ce réseau électrique, l’aéronef 10 peut également comporter une pile à combustible 50, un dispositif de stockage d’énergie électrique 60 (comme par exemple une batterie et/ou un supercondensateur) et/ou un groupe électrogène auxiliaire 40, qui peut comporter un générateur 41 couplé mécaniquement à un moteur à combustion 42 pour son actionnement et être connecté électriquement au réseau électrique 20 à travers un autre convertisseur 30.
[0027] L’unité de commande 500 peut être une unité de commande électronique, éventuellement une unité de commande moteur numérique à pleine autorité (en anglais : « Full Authority Digital Engine Control » ou FADEC). Elle peut notamment prendre la forme d’un processeur électronique apte à mettre en oeuvre les instructions d’un programme d’ordinateur pour commander le fonctionnement de l’ensemble moteur 100. Cette unité de commande 500 peut être connectée au moteur à turbine à gaz 200 pour commander notamment l’alimentation de la chambre de combustion 250 en carburant, ainsi qu’à chacune des première et deuxième machines électriques 300, 400 pour commander l’injection et/ou extraction de travail mécanique de l’arbre basse pression 210 et de l’arbre haute pression 220, respectivement. L’unité de commande 500 peut aussi être connectée à une commande manuelle, comme par exemple une manette de gaz 80, et/ou à un ordinateur de vol 90, afin de recevoir une consigne de fonctionnement de l’ensemble moteur 100, qui peut par exemple prendre la forme d’une consigne de poussée, de puissance, ou de vitesse de rotation de l’arbre basse pression 210 et/ou de l’arbre haute pression 220. Dans l’aéronef 10, l’unité de commande 500 de chaque ensemble moteur 100 peut par ailleurs être aussi connectée à une unité de commande 70 du réseau électrique 20, qui peut être connectée à son tour à chaque convertisseur 30, au groupe électrogène 40, à la pile à combustible 50 et/ou au dispositif de stockage d’énergie électrique 60, afin de maintenir un équilibre dans le réseau électrique 20. L’unité de commande 500 peut par ailleurs être connectée à des capteurs de température 276 et 277, disposés, respectivement, directement en aval et en amont de la turbine basse pression 270, pour recevoir des températures des gaz de combustion en sortie de la turbine basse pression 270 et en sortie de la turbine haute pression 260, à un ou plusieurs capteurs de pression (non illustrés), disposés dans la chambre de combustion 250 pour capter une pression statique pcc en entrée de la chambre de combustion 250 et la transmettre à l’unité de commande 500, et à un ou plusieurs capteurs de débit (non illustrés), disposés dans un circuit d’alimentation de la chambre de combustion 250 en carburant pour capter un débit C de carburant fourni à la chambre de combustion 250 et le transmettre à l’unité de commande 500, notamment en tant que valeur de rétroaction pour la commande de cette alimentation en carburant.
[0028] Dans un premier mode de réalisation, l’unité de commande 500 peut être adaptée pour mettre en oeuvre un procédé de commande de l’ensemble moteur 100, comme illustré sur la Fig. 3, dans lequel la température de gaz de combustion T5 en sortie de la turbine basse pression 270 soit captée et transmise à l’unité de commande 500 par le capteur 276 et comparée à une limite maximale T5,max dans un bloc fonctionnel comparateur 510 de l’unité de commande 500, de telle manière que, quand cette température T5 augmente jusqu’à atteindre la limite maximale T5imax, en particulier à un régime de ralenti, un bloc fonctionnel commutateur 520 de l’unité de commande 500 peut passer d’un premier mode de fonctionnement F1 à un deuxième mode de fonctionnement F2, dans lequel une consigne PHp de prélèvement de puissance mécanique transmise par l’unité de commande 500 à la deuxième machine électrique 400 est réduite. Il est envisageable que la température T5 ne soit pas captée, mais calculée indirectement à partir d’autres paramètres avant d’être comparée à sa limite maximale T5,max dans le bloc fonctionnel comparateur 510 de l’unité de commande 500. Afin de maintenir l’équilibre du réseau électrique 20, l’unité de commande 500 peut commander, simultanément à cette diminution du prélèvement de puissance par la deuxième machine électrique 400, une augmentation de la puissance prélevée par la première machine électrique 300 sur l’arbre basse pression 210. Ainsi, par exemple, on pourrait passer d’un premier mode F1 dans lequel l’ensemble de la puissance électrique requise serait générée uniquement par la deuxième machine électrique 400, et la première machine électrique 300 ne prélèverait sensiblement aucune puissance sur l’arbre basse pression 210, à un deuxième mode F2 dans lequel la génération électrique serait partagée, par exemple à parts égales, entre la première machine électrique 300 et la deuxième machine électrique 400. Alternativement ou en complément à l’augmentation de la puissance prélevée par la première machine électrique 300 sur l’arbre basse pression 210, l’unité de commande 500 peut aussi commander, à travers l’unité de commande 70 du réseau électrique 20, un apport électrique supplémentaire par le groupe électrogène auxiliaire 40, par la pile à combustible 50 et/ou par le dispositif de stockage d’énergie électrique 60, et/ou une moindre consommation électrique par un ou plusieurs consommateurs connectés au réseau électrique 20.
[0029] La diminution du prélèvement de puissance mécanique PHP par la deuxième machine électrique 400 peut être commandée en boucle fermée, notamment en fonction d’une différence entre la température T5, utilisée donc en tant que valeur de rétroaction, et sa limite supérieure T5imax. Alternativement, toutefois, la diminution du prélèvement de la puissance PHP pourrait être commandée en boucle ouverte, avec par exemple une réduction prédéterminée du prélèvement de la puissance PHp pendant un temps prédéterminé. La commande de la diminution du prélèvement de la puissance PHp pourrait par ailleurs intégrer une hystérésis 530, de manière à ne s’arrêter que quand la température T5 serait sensiblement en dessous de sa limite supérieure T5,max- [0030] Dans un deuxième mode de réalisation, l’unité de commande 500 peut être adaptée pour mettre en oeuvre un procédé de commande de l’ensemble moteur 100, dans lequel la température TEG des gaz de combustion en sortie de la turbine haute pression 260 soit captée (ou calculée à part et transmise à l’unité de commande 500 par le capteur 277 pour être comparée à une limite maximale T EG, max dans le bloc fonctionnel comparateur 510 de l’unité de commande 500, de telle manière que, quand cette température TEG augmente jusqu’à atteindre la limite maximale TEG,max, en particulier à un régime de décollage de l’aéronef, le bloc fonctionnel commutateur 520 de l’unité de commande 500 peut passer du premier mode de fonctionnement F1 à un deuxième mode de fonctionnement F2’, dans lequel une consigne PBP de prélèvement de puissance mécanique transmise par l’unité de commande 500 à la première machine électrique 300 et/ou une consigne PHp de prélèvement de puissance mécanique transmise à la deuxième machine électrique 400 soient réduites. Il est également envisageable d’utiliser, à la place de la température TEG des gaz de combustion en sortie de la turbine haute pression 260, une température des gaz de combustion encore plus en amont, en particulier une température T41 des gaz de combustion en entrée de la turbine haute pression 260, de telle manière que la consigne PBp et/ou la consigne PHP soient réduites quand cette température augmente jusqu’à atteindre une limite maximale, en particulier à un régime de décollage de l’aéronef. Tant la température TEG comme la température T41 pourraient ne pas être directement captées, mais être calculées indirectement à partir d’autres paramètres avant d’être comparées à leurs limites correspondantes dans le bloc fonctionnel comparateur 510 de l’unité de commande 500. Afin de maintenir l’équilibre du réseau électrique 20, l’unité de commande 500 peut commander, à travers l’unité de commande 70 du réseau électrique 20, un apport électrique supplémentaire par le groupe électrogène auxiliaire 40, par la pile à combustible 50 et/ou par le dispositif de stockage d’énergie électrique 60, et/ou une moindre consommation électrique par un ou plusieurs consommateurs (non illustrés) connectés au réseau électrique 20 qui ne soient pas essentiels à la sécurité du vol. On pourrait ainsi par exemple passer d’un premier mode F1 dans lequel l’entièreté d’une puissance électrique nominale serait générée uniquement par la deuxième machine électrique 400, à un deuxième mode F2’ dans lequel chacune des première et deuxième machines électriques 300, 400 générerait 30% de la puissance électrique nominale, et le déficit restant serait couvert en réduisant la consommation électrique et/ou avec le groupe électrogène auxiliaire 40, la pile à combustible 50 et/ou le dispositif de stockage d’énergie électrique 60.
[0031 ] La diminution des prélèvements de puissance mécanique PBP et PHP par les première et deuxième machines électriques 300, 400 peut être commandée en boucle fermée. Ainsi, à chaque moment tant que la température TEG reste égale ou supérieure à la limite maximale TEG,max, l’unité de commande 500 pourrait commander aux première et/ou deuxième machines électriques 300, 400 une diminution du prélèvement de la puissance PBp ou PHp correspondante en fonction, par exemple, d’une différence entre la température TEG, utilisée donc en tant que valeur de rétroaction, et sa limite supérieure TEG, max- Alternativement, toutefois, la diminution du prélèvement des puissances PHP et/ou PBP pourrait être commandée en boucle ouverte, avec par exemple une réduction prédéterminée du prélèvement de la puissance PHp et/ou PBp pendant un temps prédéterminé. La commande de la diminution du prélèvement des puissances PHP et/ou PBP pourrait par ailleurs intégrer une hystérésis 530, de manière à ne s’arrêter que quand la température TEG serait sensiblement en dessous de sa limite supérieure TEG, max-
[0032] Dans un troisième mode de réalisation, l’unité de commande 500 peut être adaptée pour mettre en oeuvre un procédé de commande de l’ensemble moteur 100, illustré sur la figure 4, dans lequel l’unité de commande 500 peut calculer un rapport CsP qui peut être le débit C de carburant fourni à la chambre de combustion 250 transmis par au moins un capteur de débit, divisé par la pression statique pcc transmise par l’au moins un capteur de pression. Ce rapport CsP, éventuellement normalisé en fonction d’une température d’admission, peut être comparé à une limite supérieure CsPmax et/ou à une limite inférieure CsPmin dans des blocs fonctionnels comparateurs 510a, 510b respectifs , notamment pendant une phase de décélération de la vitesse de rotation de l’arbre haute pression 220.
[0033] Quand le rapport CsP augmente jusqu’à devenir égal, ou même supérieur, à la limite supérieure CsPmax, notamment pendant une phase d’accélération de la vitesse de rotation de l’arbre haute pression 220, un premier bloc fonctionnel commutateur 520a de l’unité de commande 500 peut passer du premier mode de fonctionnement F1 à un deuxième mode de fonctionnement F2a, dans lequel l’unité de commande 500 peut commander une diminution du prélèvement de la puissance PHP prélevée par la deuxième machine électrique 400 sur l’arbre haute pression 220, de manière à délester l’arbre haute pression 220 et qu’il puisse notamment continuer à accélérer avec l’alimentation en carburant disponible, exprimée par la limite supérieure CsPmax- Cette diminution du prélèvement de la puissance PHP peut notamment être commandée en boucle fermée, notamment en fonction d’une différence entre le rapport CsP, utilisé donc en tant que valeur de rétroaction, et sa limite supérieure CsPmax- Alternativement, toutefois, la diminution du prélèvement de la puissance PHp pourrait être commandée en boucle ouverte, avec par exemple une réduction prédéterminée du prélèvement de la puissance PHP pendant un temps prédéterminé. La commande de la diminution du prélèvement de la puissance PHp pourrait par ailleurs intégrer une hystérésis 530a, de manière à ne s’arrêter que quand le rapport CsP serait sensiblement en dessous de sa limite supérieure CsPmax-
[0034] Comme dans le premier mode de réalisation, afin de maintenir l’équilibre du réseau électrique 20, l’unité de commande 500 peut commander, simultanément à cette diminution du prélèvement de puissance PHp par la deuxième machine électrique 400, une augmentation de la puissance PBP prélevée par la première machine électrique 300 sur l’arbre basse pression 210. Alternativement ou en complément à l’augmentation de la puissance prélevée par la première machine électrique 300 sur l’arbre basse pression 210, l’unité de commande 500 peut aussi commander, à travers l’unité de commande 70 du réseau électrique 20, un apport électrique supplémentaire par le groupe électrogène auxiliaire 40, par la pile à combustible 50 et/ou par le dispositif de stockage d’énergie électrique 60, et/ou une moindre consommation électrique par un ou plusieurs consommateurs (non illustrés) connectés au réseau électrique 20 qui ne soient pas essentiels à la sécurité du vol. On pourrait ainsi par exemple passer d’un premier mode F1 dans lequel l’entièreté d’une puissance électrique nominale serait générée uniquement par la deuxième machine électrique 400, à un deuxième mode F2a dans lequel la deuxième machine électrique 300 ne générerait sensiblement aucune puissance électrique, la première machine électrique 300 générerait 80% de la puissance électrique nominale, et le déficit restant serait couvert en réduisant la consommation électrique et/ou avec le groupe électrogène auxiliaire 40, la pile à combustible 50 et/ou le dispositif de stockage d’énergie électrique 60.
[0035] D’autre part, quand le rapport CsP augmente jusqu’à devenir égal, ou même inférieur, à la limite inférieure CsPmin, notamment pendant une phase de décélération de la vitesse de rotation de l’arbre haute pression, un deuxième bloc fonctionnel commutateur 520b de l’unité de commande 500 peut passer du premier mode de fonctionnement F1 à un troisième mode de fonctionnement F2b, dans lequel l’unité de commande 500 peut commander une augmentation du prélèvement de la puissance PHp prélevée par la deuxième machine électrique 400 sur l’arbre haute pression 220, de manière à freiner l’arbre haute pression et qu’il puisse notamment continuer à décélérer tout en évitant l’extinction de la chambre de combustion 250 par alimentation insuffisante de carburant, grâce au respect de la limite inférieure CsPmin- Cette augmentation du prélèvement de la puissance PHp peut notamment être commandée en boucle fermée, notamment en fonction d’une différence entre le rapport CsP, utilisé donc en tant que valeur de rétroaction, et sa limite inférieure CsPmin- Alternativement, toutefois, l’augmentation du prélèvement de la puissance PHp pourrait être commandée en boucle ouverte, avec par exemple une augmentation prédéterminée du prélèvement de la puissance PHP pendant un temps prédéterminé. La commande de l’augmentation du prélèvement de la puissance PHP pourrait par ailleurs intégrer une hystérésis 530b, de manière à ne s’arrêter que quand le rapport CsP serait sensiblement au-dessus de sa limite inférieure CsP min-
[0036] Afin de maintenir l’équilibre du réseau électrique 20 aussi dans cette situation, l’unité de commande 500 peut commander, simultanément à cette augmentation du prélèvement de puissance PHp par la deuxième machine électrique 400, une diminution de la puissance PBP prélevée par la première machine électrique 300 sur l’arbre basse pression 210. Alternativement ou en complément à la diminution de la puissance PBp prélevée par la première machine électrique 300 sur l’arbre basse pression 210, l’unité de commande 500 peut aussi commander, à travers l’unité de commande 70 du réseau électrique 20, une diminution d’apport électrique par le groupe électrogène auxiliaire 40, par la pile à combustible 50 et/ou par le dispositif de stockage d’énergie électrique 60, et/ou une plus grande consommation électrique par un ou plusieurs consommateurs (non illustrés) connectés au réseau électrique 20, comme par exemple un ou plusieurs dispositifs de dégivrage. On pourrait ainsi par exemple passer d’un premier mode F1 dans lequel l’entièreté d’une puissance électrique nominale serait générée uniquement par la deuxième machine électrique 400, à un troisième mode F2b dans lequel la deuxième machine électrique 400 générerait 120% de la puissance électrique nominale, et l’excédent serait consommée par la première machine électrique 300 fonctionnant en mode moteur, stocké par le dispositif de stockage d’énergie électrique 60, et/ou consommé par un ou plusieurs consommateurs électrique tels que les dispositifs de dégivrage.
[0037] Dans un quatrième mode de réalisation, la tuyère 275 peut être une tuyère à section variable. Pour faire varier sa section de sortie, elle peut comporter des actionneurs 278 connectés pour leur commande à l’unité de commande 500. En cas d’atteinte d’une limite de section de sortie de tuyère, l’unité de commande 500 peut commander une diminution du prélèvement de la puissance PBP prélevée par la première machine électrique 300 sur l’arbre haute pression 210 et/ou de la puissance PHp prélevée par la deuxième machine électrique 400 sur l’arbre haute pression 220, de manière à délester l’arbre basse pression 210 et/ou l’arbre haute pression 220. La diminution du prélèvement de la puissance PBP et/ou de la puissance PHP pourrait être commandée en boucle ouverte, avec par exemple une réduction prédéterminée du prélèvement de puissance pendant un temps prédéterminé. La commande de la diminution du prélèvement de puissance pourrait par ailleurs intégrer une hystérésis. Afin de maintenir l’équilibre du réseau électrique 20, l’unité de commande 500 peut commander, à travers l’unité de commande 70 du réseau électrique 20, un apport électrique supplémentaire par le groupe électrogène auxiliaire 40, par la pile à combustible 50 et/ou par le dispositif de stockage d’énergie électrique 60, et/ou une moindre consommation électrique par un ou plusieurs consommateurs (non illustrés) connectés au réseau électrique 20 qui ne soient pas essentiels à la sécurité du vol.
[0038] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Par exemple, En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de commande d'un ensemble moteur (100) d'aéronef, ledit ensemble moteur (100) comprenant un moteur à turbine à gaz (200) et au moins une machine électrique (300, 400) couplée mécaniquement à un arbre rotatif (210, 220) du moteur à turbine à gaz (200) de manière à être entraînée en rotation pour générer de l'électricité, dans lequel une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300, 400) est modifiée quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz (200) atteint une limite prédéterminée.
[Revendication 2] Procédé de commande suivant la revendication 1, dans lequel le paramètre de fonctionnement est une température à l'intérieur du moteur à turbine à gaz (200), et la limite prédéterminée est une limite maximale.
[Revendication 3] Procédé de commande suivant la revendication 2, dans lequel le moteur à turbine à gaz (200) comprend au moins un arbre basse pression (210) avec une turbine basse pression (270) et un arbre haute pression (220) avec une turbine haute pression (260) disposée en amont de la turbine basse pression (270), la température est une température de gaz de combustion en sortie de la turbine basse pression (270), la machine électrique (400) est couplée mécaniquement à l'arbre haute pression (220), et la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (400) est réduite quand la température augmente jusqu'à la limite maximale, de manière à délester l'arbre haute pression (220).
[Revendication 4] Procédé de commande suivant la revendication 3, dans lequel l'ensemble moteur (100) comprend aussi une machine électrique (300) couplée mécaniquement à l'arbre basse pression (210), et dans lequel une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300) couplée mécaniquement à l'arbre basse pression (210) est augmentée quand la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (400) couplée mécaniquement à l'arbre haute pression (220) est réduite.
[Revendication 5] Procédé de commande suivant la revendication 2, dans lequel la température est une température de gaz de combustion en amont d'une turbine basse pression (260) du moteur à turbine à gaz (200).
[Revendication 6] Procédé de commande suivant la revendication 1, dans lequel ledit paramètre de fonctionnement est un débit de carburant fourni à une chambre de combustion (250) du moteur à turbine à gaz (200), divisé par une pression statique en entrée de la chambre de combustion (250) du moteur à turbine à gaz (200), et la consigne de prélèvement de puissance mécanique est réduite quand le paramètre de fonctionnement augmente jusqu'à une limite maximale et/ou augmentée quand le paramètre de fonctionnement descend jusqu'à une limite minimale.
[Revendication 7] Procédé de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit prélèvement de puissance mécanique est commandé en boucle ouverte.
[Revendication 8] Procédé de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit prélèvement de puissance mécanique est commandé en boucle fermée.
[Revendication 9] Unité de commande (500) d'un ensemble moteur (100) d'aéronef, ledit ensemble moteur (100) comprenant un moteur à turbine à gaz (200) et au moins une machine électrique (300, 400) couplée mécaniquement à un arbre rotatif (210, 220) du moteur à turbine à gaz (200) de manière à être entraînée en rotation pour générer de l'électricité, l'unité de commande (500) étant caractérisée en ce qu'elle est adaptée pour commander un changement d'une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300, 400) quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz (200) atteint une limite prédéterminée.
[Revendication 10] Ensemble moteur (100) d'aéronef comprenant l'unité de commande (500) de la revendication 9 ainsi que la machine électrique (300) et le moteur à turbine à gaz (200).
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2989007A1 (fr) 2013-04-22 2016-03-02 SNECMA Services Dispositif de delestage des alternateurs d'une turbomachine pendant ses accelerations
EP3569855A1 (fr) 2018-05-14 2019-11-20 Rolls-Royce plc Système de propulsion d'aéronef électrique hybride
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2989007A1 (fr) 2013-04-22 2016-03-02 SNECMA Services Dispositif de delestage des alternateurs d'une turbomachine pendant ses accelerations
EP3569855A1 (fr) 2018-05-14 2019-11-20 Rolls-Royce plc Système de propulsion d'aéronef électrique hybride
US20220065176A1 (en) 2018-12-21 2022-03-03 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Engine assembly and method of operation

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