FR3039614A1 - HYBRID POWER SUPPLY FOR AN AIRCRAFT WITH A ROTARY REVOLVING WING - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une installation motrice hybride (5) pour un aéronef à voilure tournante comportant deux turbomoteurs (10,10') et au moins une machine électrique (20,20',20'') pouvant fournir une puissance mécanique maximale Pmax et alimentée par un moyen de stockage (22) d'énergie électrique ainsi qu'une boîte de transmission principale de puissance (3) entraînée mécaniquement conjointement par lesdits turbomoteurs (10,10') et chaque machine électrique (20,20',20''). Une machine électrique (20,20',20") est reliée au générateur de gaz (11,11') de chaque turbomoteur (10,10') lorsque ladite puissance mécanique maximale Pmax est inférieure ou égale à une puissance limite Ppal et à ladite boîte de transmission principale de puissance (3) lorsque ladite puissance mécanique maximale Pmax est supérieure à ladite puissance limite Ppal. Ladite puissance limite Ppal est spécifique audit aéronef et notamment fonction de la masse et de l'aérodynamisme dudit aéronef ainsi que des puissances de fonctionnement et d'urgence desdits turbomoteurs (10,10').The present invention relates to a hybrid power plant (5) for a rotary wing aircraft comprising two turbine engines (10, 10 ') and at least one electric machine (20, 20', 20 '') capable of delivering maximum mechanical power Pmax and powered by electrical energy storage means (22) and a main power transmission gearbox (3) mechanically driven jointly by said turbine engines (10, 10 ') and each electrical machine (20, 20', 20 '). '). An electric machine (20, 20 ', 20 ") is connected to the gas generator (11, 11') of each turbine engine (10, 10 ') when said maximum mechanical power Pmax is less than or equal to a limit power Ppal and to said main power transmission gearbox (3) when said maximum mechanical power Pmax is greater than said limit power Ppal, said limit power Ppal is specific to said aircraft and in particular a function of the mass and aerodynamics of said aircraft and the power of the aircraft. operation and emergency of said turboshaft engines (10, 10 ').
Description
Installation motrice hybride pour aéronef à voilure tournante bimoteurHybrid powerplant for twin-engine rotary wing aircraft
La présente invention se situe dans le domaine technique des installations motrices des aéronefs à voilures tournantes. L’invention concerne une installation motrice hybride comportant au moins deux moteurs thermiques et au moins une machine électrique. L’invention concerne également un aéronef à voilure tournante équipé d’une telle installation motrice hybride.The present invention is in the technical field of motor installations of rotary wing aircraft. The invention relates to a hybrid power plant comprising at least two heat engines and at least one electric machine. The invention also relates to a rotary wing aircraft equipped with such a hybrid power plant.
Une installation motrice « hybride » pour aéronef désigne une installation comprenant au moins un moteur thermique et au moins une machine électrique aptes chacun à mettre en mouvement une boîte de transmission principale de puissance de cette installation motrice « hybride ». Une telle installation hybride comporte également un moyen de stockage de l’énergie électrique tel qu’une batterie rechargeable ou bien non rechargeable.A "hybrid" power plant for an aircraft designates an installation comprising at least one heat engine and at least one electric machine each capable of setting in motion a main gearbox of this "hybrid" powerplant. Such a hybrid installation also comprises a means of storing electrical energy such as a rechargeable or non-rechargeable battery.
Cette boîte de transmission principale de puissance permet, lorsque l’installation motrice hybride équipe un aéronef à voilure tournante, d’entraîner en rotation, via un arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance, au moins un rotor principal d’un aéronef à voilure tournante et éventuellement un rotor anticouple.This main power transmission allows, when the hybrid power plant equips a rotary wing aircraft, to rotate, via an output shaft of the main gearbox, at least one main rotor of a rotary wing aircraft and possibly an anti-torque rotor.
En effet, un aéronef à voilure tournante est classiquement pourvu d’au moins un rotor principal pour assurer sa sustentation, voire sa propulsion et généralement d’un rotor anticouple pour s’opposer au couple en lacet exercé par le rotor principal sur le fuselage de cet aéronef et pour permettre également de contrôler les mouvements en lacet de cet aéronefIndeed, a rotary wing aircraft is conventionally provided with at least one main rotor to ensure its lift or propulsion and usually an anti-torque rotor to oppose the yaw torque exerted by the main rotor on the fuselage of this aircraft and also to control the yaw movements of this aircraft
La machine électrique peut être un moteur électrique, remplissant uniquement une fonction motrice.The electric machine can be an electric motor, fulfilling only a motor function.
La machine électrique peut aussi être réversible, remplissant alors une fonction motrice et une fonction générateur d’électricité. Cette machine électrique peut donc fonctionner soit selon un mode « moteur électrique » pour fournir une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance, soit selon un mode « générateur électrique » pour générer de l’énergie électrique à partir d’une puissance mécanique.The electric machine can also be reversible, thus fulfilling a motor function and an electricity generating function. This electric machine can therefore operate either in an "electric motor" mode to provide mechanical power to the main power transmission gearbox, or in an "electric generator" mode to generate electrical energy from a mechanical power .
On note qu’une machine électrique peut également être un simple générateur électrique remplissant uniquement la fonction générateur d’électricité.It should be noted that an electric machine can also be a simple electrical generator that only fills the electricity generator function.
Par ailleurs, un moteur thermique est généralement, sur les aéronefs à voilures tournantes, un turbomoteur comportant un générateur de gaz et une turbine libre, l’arbre de la turbine libre étant l’organe de transmission de la puissance mécanique du turbomoteur à destination de la boîte de transmission principale de puissance et finalement au besoin au moins du ou des rotors.Moreover, a thermal engine is generally, on the rotary wing aircraft, a turbine engine comprising a gas generator and a free turbine, the shaft of the free turbine being the transmission member of the mechanical power of the turbine engine to the main power gearbox and eventually as needed at least one or more rotors.
De plus, le générateur de gaz de chaque moteur thermique est généralement relié mécaniquement à une machine électrique réversible appelée « démarreur-générateur ». Ce démarreur-générateur a deux fonctions. Il permet d’une part en mode moteur le démarrage du moteur thermique auquel il est relié et d’autre part, entraîné en rotation par le moteur thermique, de générer, en mode générateur, de l’électricité pour le réseau électrique de bord de l’aéronef afin d’alimenter ses différents équipements. Ce démarreur-générateur ne fournit par contre aucune puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance.In addition, the gas generator of each heat engine is generally mechanically connected to a reversible electric machine called "starter-generator". This starter-generator has two functions. It allows on the one hand in engine mode the starting of the heat engine to which it is connected and on the other hand, driven in rotation by the heat engine, to generate, in generator mode, electricity for the on-board electrical network. the aircraft to power its various equipment. This starter-generator does not provide any mechanical power to the main gearbox.
Ainsi, dans une installation motrice hybride, la boîte de transmission principale de puissance est entraînée conjointement par les moteurs thermiques et chaque machine électrique, à l’exception du démarreur-générateur. Plusieurs architectures sont possibles pour l’implantation de chaque moteur électrique vis-à-vis des moteurs thermiques et de la boîte de transmission principale de puissance.Thus, in a hybrid power plant, the main gearbox is driven jointly by the heat engines and each electric machine, except the starter-generator. Several architectures are possible for the implantation of each electric motor vis-à-vis the thermal engines and the main transmission gearbox.
On connaît par exemple le document FR 3003514 qui décrit des architectures d’installations motrices hybrides. Une machine électrique est par exemple reliée directement à la boîte de transmission principale de puissance. Une machine électrique peut également être positionnée entre chaque turbomoteur et la boîte de transmission principale de puissance, une machine électrique étant alors associée à chaque turbomoteur et reliée mécaniquement à sa turbine libre de ce turbomoteur. Dans les deux cas, la puissance de chaque machine électrique s’ajoute à la puissance des moteurs thermiques afin d’entraîner la boîte de transmission principale de puissance.For example, document FR 3003514 describes hybrid motor plant architectures. An electric machine is for example connected directly to the main gearbox. An electric machine can also be positioned between each turbine engine and the main gearbox, an electric machine then being associated with each turbine engine and mechanically connected to its free turbine of the turbine engine. In either case, the power of each electric machine adds to the power of the heat engines to drive the main gearbox.
En outre, chaque moteur thermique, et en particulier dans le cas d’un turbomoteur, dispose de différents régimes de fonctionnement.In addition, each heat engine, and in particular in the case of a turbine engine, has different operating modes.
On distingue notamment le régime PMC correspondant à la Puissance Maximale Continue, dont l’utilisation est illimitée dans le temps et le régime PMD correspondant à la Puissance Maximale de Décollage, qui fournit une puissance supérieure au régime PMC mais dont l’utilisation est généralement limitée à 5 minutes sur les aéronefs civils, et destinée spécifiquement pour les phases de décollage et d’atterrissage ainsi que pour les vols stationnaires de courte durée des aéronefs à voilures tournantes.One distinguishes in particular the PMC regime corresponding to the Maximum Continuous Power, whose use is unlimited in time and the PMD regime corresponding to the Maximum Power of Takeoff, which provides a power superior to the PMC regime but whose use is generally limited. to 5 minutes on civil aircraft, specifically for take-off and landing as well as for short-term stationary flights of rotary wing aircraft.
De plus, afin de compenser une panne d’un moteur sur un aéronef multimoteur, chaque moteur thermique dispose de plusieurs régimes de surpuissance d’urgence désignés OEI selon l’expression « One Engine Inoperative » en langue anglaise. On distingue pour un turbomoteur : -un premier régime d’urgence, associant une puissance de super urgence dénommée OEI 30", utilisable pendant une durée de l’ordre de trente secondes consécutives, -un deuxième régime d’urgence, associant une puissance maximale d’urgence dénommée OEI 2', utilisable pendant une durée de deux minutes, et -un troisième régime d’urgence associant une puissance intermédiaire d’urgence dénommée OEI cont, utilisable pendant une durée illimitée couvrant par exemple la fin du vol.In addition, to compensate for an engine failure on a multi-engine aircraft, each engine has several emergency power-over schemes designated OEI as "One Engine Inoperative" in the English language. For a turboshaft engine, a distinction is made between: - a first emergency regime, combining a super-emergency power called OEI 30 ", usable for a duration of the order of thirty consecutive seconds, -a second emergency regime, associating a maximum power emergency called OEI 2 ', usable for a period of two minutes, and a third emergency regime associating an emergency intermediate power called OEI cont, usable for an unlimited period covering for example the end of the flight.
Il est à noter que certains moteurs proposent un régime d’urgence unique, dénommé OEI 2’30", en lieu et place des régimes d’urgence OEI 30" et OEI 2', qui est utilisable pendant une durée de deux minutes trente secondes.It should be noted that some engines offer a single emergency regime, called OEI 2'30 ", in place of the OEI 30" and OEI 2 'emergency regimes, which can be used for a duration of two minutes and thirty seconds. .
La puissance intermédiaire d’urgence OEI cont est destinée entre autres à assurer un vol de croisière, alors que la puissance de super urgence OEI 30” et la puissance maximale d’urgence OEI 2’ ainsi que la puissance d’urgence unique OEI 2'30" sont destinées à réaliser des manoeuvres particulières telles qu’éviter un obstacle, effectuer un vol stationnaire ou bien un atterrissage.The intermediate power of emergency OEI cont is intended among other things to ensure a cruising flight, while the power of super urgency OEI 30 "and the maximum emergency power OEI 2 'as well as the emergency power unique OEI 2' 30 "are intended to perform particular maneuvers such as avoiding an obstacle, hovering or landing.
De plus, la puissance de super urgence OEI 30” peut être utilisée deux ou trois fois suivant l’aéronef jusqu’à l’atterrissage de l’aéronef alors que la puissance maximale d’urgence OEI 2’ et la puissance d’urgence unique OEI 2'30" peuvent être utilisées à plusieurs reprises, pendant un temps total cumulé ne dépassant pas un temps prédéterminé par le constructeur de l’aéronef et figurant dans les manuels de maintenance, par exemple dix minutes.In addition, the OEI 30 "super-emergency power may be used two or three times following the aircraft until the landing of the aircraft while the maximum emergency OEI 2 'power and the single emergency power OEI 2'30 "may be used several times, for a cumulative total time not exceeding a predetermined time by the manufacturer of the aircraft and appearing in the maintenance manuals, for example ten minutes.
En effet, cette surpuissance fournie par le seul moteur thermique disponible pendant cette panne est obtenue en sollicitant ce moteur au-delà de son fonctionnement normal et de ses limites nominales. De fait, ce fonctionnement nécessite par la suite une maintenance spécifique et des coûts associés qui peuvent être importants.Indeed, this overpower provided by the only available heat engine during this failure is obtained by soliciting this engine beyond its normal operation and its nominal limits. In fact, this operation subsequently requires specific maintenance and associated costs that can be significant.
De plus, les durées d’utilisation du premier régime d’urgence OEI 30”, du deuxième régime d’urgence 0E1 2' et du régime d’urgence unique OEI 2'30” sont limitées afin de ne pas générer de dégradations importantes voire immédiates sur le turbomoteur ou les moyens de transmission de puissance, telle la boîte de transmission principale de puissance.In addition, the duration of use of the first OEI 30 "emergency regime, the second emergency regime 0E1 2 'and the single emergency regime OEI 2'30" are limited so as not to generate significant damage or immediately on the turbine engine or the power transmission means, such as the main gearbox.
Les régimes de surpuissance d’urgence OEI 30”, OEI 2', OEI 2'30" et OEI cont sont contrôlés par un boîtier de contrôle, chaque moteur thermique étant relié à un tel boîtier de contrôle.The OEI 30 ", OEI 2 ', OEI 2'30" and OEI cont emergency boost regimes are controlled by a control box, each heat engine being connected to such a control box.
Ce boîtier de contrôle, couramment désigné par l’acronyme EECU pour « Electronic Engine Control Unit » en langue anglaise est présent sur la majorité des aéronefs pour contrôler le fonctionnement du ou des moteurs thermiques. Sur certains aéronefs, ce boîtier de contrôle EECU est remplacé par un calculateur moteur, qui est couramment désigné par l’acronyme FADEC pour « Full Authority Digital Engine Control » en langue anglaise. Ce calculateur moteur FADEC a une autorité plus importante que le boîtier de contrôle EECU et limite ainsi l’intervention du pilote dans la gestion du ou des moteurs thermiques.This control unit, commonly referred to by the acronym EECU for "Electronic Engine Control Unit" in English is present on the majority of aircraft to control the operation of the engine or engines. On some aircraft, this EECU control unit is replaced by a motor ECU, which is commonly referred to by the acronym FADEC for "Full Authority Digital Engine Control" in English. This FADEC engine calculator has a greater authority than the EECU control box and thus limits the intervention of the pilot in the management of the engine or engines.
Il est à noter que, lorsque tous les moteurs thermiques de l’aéronef sont fonctionnels, l’aéronef fonctionne sous des régimes AEO selon l’expression « Ail Engine Operative » en langue anglaise.It should be noted that, when all the thermal engines of the aircraft are functional, the aircraft operates under AEO regimes according to the expression "Garlic Engine Operative" in English.
La présence de ces régimes de surpuissance d’urgence, nécessaires pour la sécurité des vols de l’aéronef mais au final peu utilisés, entraîne un surdimensionnement des moteurs thermiques. Ce surdimensionnement des moteurs thermiques s’accompagne notamment d’une augmentation de la masse de ces moteurs et entraîne alors une augmentation de la consommation de carburant de l’aéronef et éventuellement une baisse de la charge utile transportable par l’aéronef.The presence of these emergency overpower regimes, necessary for the flight safety of the aircraft but ultimately little used, leads to over-sizing of the engines. This over-sizing of the thermal engines is accompanied in particular by an increase in the mass of these engines and then causes an increase in the fuel consumption of the aircraft and possibly a decrease in the payload transportable by the aircraft.
On connaît par ailleurs le document FR 2997382 qui décrit une installation motrice hybride d’un aéronef à voilure tournante comportant au moins deux moteurs thermiques et au moins un moteur électrique. Le moteur électrique permet, suite à une panne d’au moins un moteur thermique de fournir une puissance mécanique compensant la panne moteur. L’aéronef peut alors être manœuvré en sécurité en évitant d’utiliser les surpuissances d’urgence OEI de chaque moteur thermique restant opérationnel et de le solliciter ainsi au-delà de conditions de fonctionnement prédéterminées. Par contre, une telle installation motrice hybride nécessite des moyens de stockage de l’énergie électrique qui peuvent être importants, générant alors une augmentation de la masse de l’aéronef.Also known is the document FR 2997382 which describes a hybrid power plant of a rotary wing aircraft comprising at least two heat engines and at least one electric motor. The electric motor makes it possible, following a failure of at least one engine to provide mechanical power to compensate for the engine failure. The aircraft can then be maneuvered safely by avoiding the use of the OEI emergency overpower of each heat engine remaining operational and thus soliciting it beyond predetermined operating conditions. By cons, such a hybrid power plant requires electrical energy storage means that can be important, then generating an increase in the mass of the aircraft.
La présente invention a alors pour objet de proposer une installation motrice hybride pour un aéronef à voilure tournante permettant de s’affranchir des limitations mentionnées ci-dessus en permettant d’optimiser le dimensionnement des moteurs thermiques et des machines électriques de cette installation motrice hybride, et d’améliorer les performances de l’aéronef.The object of the present invention is therefore to propose a hybrid power plant for a rotary wing aircraft making it possible to overcome the limitations mentioned above by making it possible to optimize the sizing of the thermal engines and electrical machines of this hybrid power plant. and improve the performance of the aircraft.
Selon l’invention, une installation motrice hybride pour un aéronef à voilure tournante comporte : -au moins deux turbomoteurs, chaque turbomoteur étant muni d’un générateur de gaz et d’une turbine libre, chaque turbomoteur pouvant fournir au moins une Puissance Maximale Continue PMC et une Puissance Maximale de décollage PMD ainsi que des surpuissances d’urgence OEI, -au moins deux boîtiers de contrôle, chaque boîtier de contrôle étant relié à un turbomoteur, -au moins une machine électrique pouvant fournir une puissance mécanique maximale Pmax, -au moins un moyen de stockage d’énergie électrique fournissant une énergie électrique à chaque machine électrique, -au moins un moyen de commande de chaque machine électrique et -une boîte de transmission principale de puissance comportant au moins un arbre de sortie entraîné mécaniquement en rotation à une fréquence de rotation NR conjointement par les turbomoteurs et chaque machine électrique, les turbines libres des turbomoteurs, la boîte de transmission principale de puissance et chaque arbre de sortie constituant une chaîne de transmission principale de puissance mécanique.According to the invention, a hybrid power plant for a rotary wing aircraft comprises: at least two turboshaft engines, each turbine engine being provided with a gas generator and a free turbine, each turbine engine being able to provide at least one continuous maximum power. PMC and a maximum takeoff power PMD as well as emergency OEI over-powers, at least two control boxes, each control box being connected to a turbine engine, at least one electrical machine capable of providing maximum mechanical power Pmax, at least one electrical energy storage means supplying electrical energy to each electrical machine, at least one control means of each electrical machine and a main power transmission box having at least one output shaft driven mechanically in rotation at a rotation frequency NR jointly by the turbine engines and each electric machine, the turbines Ines free of the turboshaft engines, the main gearbox and each output shaft constituting a main transmission chain of mechanical power.
Cette installation motrice hybride selon l’invention est destinée aux aéronefs multimoteur à voilures tournantes et en particulier aux aéronefs bimoteur, c’est-à-dire comportant deux moteurs thermiques. Un arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance est solidaire avec un rotor de l’aéronef, qui peut être le rotor principal et/ou le rotor anticouple de l’aéronef. L’arbre de sortie entraîné en rotation à la fréquence de rotation NR est solidaire du rotor principal de l’aéronef.This hybrid power plant according to the invention is intended for multi-engine rotary wing aircraft and in particular twin-engine aircraft, that is to say having two thermal engines. An output shaft of the main gearbox is integral with a rotor of the aircraft, which may be the main rotor and / or the anti-torque rotor of the aircraft. The output shaft rotated at the rotation frequency NR is integral with the main rotor of the aircraft.
Chaque boîtier de contrôle assure le contrôle et la gestion du fonctionnement d’un moteur thermique. Un boîtier de contrôle est par exemple un boîtier de contrôle EECU ou bien un calculateur moteur FADEC.Each control box provides control and management of the operation of a heat engine. A control box is for example a EECU control box or a FADEC engine ECU.
Un moyen de commande peut être relié à une seule machine électrique ou bien à plusieurs machines électriques. Ce moyen de commande assure ainsi le contrôle et la gestion du fonctionnement d’une ou plusieurs machines électriques.A control means may be connected to a single electrical machine or to several electrical machines. This control means thus ensures the control and management of the operation of one or more electrical machines.
Cette installation motrice hybride est remarquable en ce qu’une machine électrique est reliée au générateur de gaz de chaque turbomoteur lorsque sa puissance mécanique maximale Pmax est inférieure ou égale à une puissance limite Ppai alors que la machine électrique est reliée à la chaîne de transmission principale de puissance mécanique lorsque cette puissance mécanique maximale Pmax est supérieure à la puissance limite Ppai, la puissance limite Ppai étant spécifique à l’aéronef auquel est destinée l’installation motrice hybride et notamment fonction de la masse et de l’aérodynamisme de l’aéronef ainsi que des performances des turbomoteurs, à savoir la Puissance Maximale Continue PMC, la Puissance Maximale de décollage PMD et les surpuissances d’urgence 0E1.This hybrid power plant is remarkable in that an electric machine is connected to the gas generator of each turbine engine when its maximum mechanical power Pmax is less than or equal to a limiting power Ppai while the electric machine is connected to the main transmission chain mechanical power when this maximum mechanical power Pmax is greater than the limiting power Ppai, the limiting power Ppai being specific to the aircraft for which is intended the hybrid power plant and in particular function of the mass and aerodynamics of the aircraft as well as turbine engine performance, namely Maximum Continuous Power PMC, Maximum Takeoff Power PMD and 0E1 emergency overpower.
Chaque machine électrique apporte ainsi une puissance mécanique supplémentaire à la boîte de transmission principale de puissance, en complément de la puissance fournie par les turbomoteurs afin d’entraîner en rotation au moins un arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance de l’installation motrice hybride selon l’invention, améliorant ainsi les performances de l’installation motrice hybride.Each electric machine thus provides additional mechanical power to the main power transmission gearbox, in addition to the power supplied by the turbine engines in order to drive in rotation at least one output shaft of the main power transmission gearbox. hybrid power plant according to the invention, thus improving the performance of the hybrid power plant.
La localisation de chaque machine électrique n’est cependant pas anodine afin d’optimiser son apport de puissance mécanique à l’installation motrice hybride.The location of each electric machine is however not trivial to optimize its contribution of mechanical power to the hybrid power plant.
En effet, il est avantageux qu’une machine électrique de faible puissance soit reliée au générateur de gaz d’un turbomoteur. Cette machine électrique entraîne alors en rotation l’arbre de rotation de ce générateur de gaz et, par suite, fournit également une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance. On utilise l’expression « micro-hybridation » pour désigner une telle architecture d’installation motrice hybride.Indeed, it is advantageous that a low power electric machine is connected to the gas generator of a turbine engine. This electric machine then drives in rotation the rotation shaft of this gas generator and, consequently, also provides a mechanical power to the main transmission gearbox. The term "micro-hybridization" is used to designate such a hybrid power plant architecture.
Pour une machine électrique de puissance plus importante, il est alors plus efficace que la machine électrique soit implantée sur la chaîne de transmission principale de puissance mécanique de l’installation motrice hybride. La machine électrique a différentes implantations possibles sur cette chaîne de transmission principale de puissance mécanique.For an electric machine of greater power, it is then more efficient that the electric machine is located on the main mechanical power transmission chain of the hybrid power plant. The electric machine has different possible locations on this main transmission chain of mechanical power.
La machine électrique peut être implantée sur une entrée spécifique de la boîte de transmission principale de puissance et fournit ainsi une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance. L’installation motrice hybride peut alors comporter de préférence une seule machine électrique.The electric machine can be implanted on a specific input of the main power gearbox and thus provides mechanical power to the main power gearbox. The hybrid power plant can then preferably comprise a single electric machine.
La machine électrique peut également être implantée entre la turbine libre d’un turbomoteur et la boîte de transmission principale de puissance. Dans ce cas, l’installation motrice hybride comporte généralement autant de machines électriques que de turbomoteurs, une machine électrique étant reliée à la turbine libre d’un turbomoteur. Chaque machine électrique fournit ainsi une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance.The electric machine can also be located between the free turbine of a turbine engine and the main gearbox. In this case, the hybrid power plant generally comprises as many electric machines as turbine engines, an electric machine being connected to the free turbine of a turbine engine. Each electric machine thus provides mechanical power to the main power gearbox.
La machine électrique peut aussi être implantée, en sortie de la boîte de transmission principale de puissance, sur son arbre de sortie. La machine électrique est ainsi positionnée entre la boîte de transmission principale de puissance et un rotor de l’aéronef, qui est de préférence le rotor principal de l’aéronef. L’installation motrice hybride comporte ainsi une machine électrique qui fournit une puissance mécanique directement à l’arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance.The electric machine can also be located at the output of the main gearbox on its output shaft. The electric machine is thus positioned between the main gearbox and a rotor of the aircraft, which is preferably the main rotor of the aircraft. The hybrid power plant thus has an electric machine that provides mechanical power directly to the output shaft of the main power transmission gearbox.
Une architecture d’installation motrice hybride dans laquelle la machine électrique est implantée sur la chaîne de transmission principale de puissance mécanique est désignée par l’expression « mild-hybridation ». L’utilisation de la puissance mécanique de la machine électrique s’ajoutant à la puissance mécanique des turbomoteurs permet notamment d’optimiser la consommation globale de carburant de l’aéronef et d’augmenter également sa masse maximale décollable.A hybrid power plant architecture in which the electric machine is implanted on the main mechanical power transmission chain is referred to as "mild hybridization". The use of the mechanical power of the electric machine in addition to the mechanical power of the turboshaft engines makes it possible in particular to optimize the overall fuel consumption of the aircraft and also to increase its maximum peelable mass.
De plus, dans le cas de fonctionnement d’une installation bimoteur avec un moteur arrêté désigné par l’acronyme SEO pour l’expression en langue anglaise « Single Engine Operation » ou bien avec un moteur au ralenti désigné par l’acronyme SIO pour l’expression en langue anglaise « Super Idle Operation », la machine électrique permet de redémarrer et de relancer rapidement le turbomoteur éteint ou au ralenti en cas de panne de l’autre turbomoteur, en particulier pour une architecture microhybridationIn addition, in the case of operation of a twin-engine installation with a stopped engine designated by the acronym SEO for the expression in English "Single Engine Operation" or with a slow-motion engine designated by the acronym SIO for the English expression "Super Idle Operation", the electric machine allows to restart and quickly restart the turbine engine off or idle in case of failure of the other turbine engine, particularly for a microhybrid architecture
Cette puissance mécanique de la machine électrique peut également être une aide importante lors des phases transitoires de fonctionnement des turbomoteurs, là encore en particulier pour une architecture micro-hybridation.This mechanical power of the electric machine can also be an important aid during the transient operating phases of the turboshaft engines, again especially for a micro-hybridization architecture.
Cette puissance mécanique de la machine électrique peut également permettre d’augmenter le domaine de vol de l’aéronef.This mechanical power of the electric machine can also make it possible to increase the flight range of the aircraft.
Cette puissance mécanique de la machine électrique peut aussi permettre, lors d’une panne moteur et de l’utilisation des puissances d’urgence OEl du turbomoteur opérationnel, d’améliorer les performances de l’aéronef, notamment pour les phases les plus critiques de décollage, d’atterrissage ou encore de vol stationnaire.This mechanical power of the electric machine can also make it possible, during an engine failure and the use of emergency powers OE1 of the operational turbine engine, to improve the performance of the aircraft, in particular for the most critical phases of the aircraft. takeoff, landing or hovering.
En particulier, lors de l’atterrissage ou bien du décollage de l’aéronef sur ou bien à partir d’une plateforme par exemple, cette puissance mécanique de la machine électrique permet de compenser l’apparition d’une panne d’un turbomoteur avant que le point critique de cette phase de vol ait été atteint et de sécuriser ainsi cette atterrissage ou ce décollage. Lors du décollage, ce point critique est désigné par l’acronyme TDP pour l’expression en langue anglaise « Take off Decision Point ». Lors de l’atterrissage, ce point critique est désigné par l’acronyme LDP pour l’expression en langue anglaise « Landing Decision Point ».In particular, during the landing or the take-off of the aircraft on or from a platform for example, this mechanical power of the electric machine makes it possible to compensate for the occurrence of a failure of a front turbine engine. that the critical point of this phase of flight has been reached and thus secure this landing or take-off. During take-off, this critical point is designated by the acronym TDP for the English expression "Take off Decision Point". During landing, this critical point is designated by the acronym LDP for the English expression "Landing Decision Point".
Le choix entre micro-hybridation et mild-hybridation est déterminé selon une puissance limite qui est caractéristique de chaque aéronef. Ainsi, une machine électrique dont la puissance mécanique maximale Pmax est inférieure ou égale à la puissance limite de l’aéronef est implantée selon une architecture microhybridation. Par suite, une machine électrique dont la puissance mécanique maximale Pmax est supérieure à la puissance limite de l’aéronef est implantée selon une architecture mild-hybridation.The choice between micro-hybridization and mild-hybridization is determined according to a limiting power that is characteristic of each aircraft. Thus, an electric machine whose maximum mechanical power Pmax is less than or equal to the power limit of the aircraft is implanted according to a microhybridization architecture. As a result, an electric machine whose maximum mechanical power Pmax is greater than the limit power of the aircraft is implanted according to a mild-hybridization architecture.
Cette puissance limite est déterminée en fonction des caractéristiques de l’aéronef auquel est destinée l’installation motrice hybride et principalement en fonction de sa masse et de son aérodynamisme ainsi que des performances des turbomoteurs, à savoir leurs Puissances Maximales Continues PMC, leurs Puissances Maximales de Décollage PMD et leurs puissances d’urgence, et des rotors.This limit power is determined according to the characteristics of the aircraft for which the hybrid powerplant is intended and mainly according to its mass and its aerodynamics as well as the performance of the turboshaft engines, namely their maximum continuous powers PMC, their maximum powers. PMD takeoffs and their emergency powers, and rotors.
Cette puissance limite est par exemple égale à 60 kilowatts (60kW) pour un aéronef bimoteur donné de 5 tonnes.This power limit is for example equal to 60 kilowatts (60kW) for a given twin-engine aircraft of 5 tons.
Dans le cadre de l’architecture micro-hybridation, le démarreur-générateur de ce turbomoteur peut être conservé. La machine électrique a alors uniquement une fonction de moteur électrique transformant l’énergie électrique fournie par le moyen de stockage en puissance mécanique.As part of the micro-hybridization architecture, the starter-generator of this turbine engine can be preserved. The electric machine then only has an electric motor function transforming the electrical energy supplied by the storage means into mechanical power.
Le démarreur-générateur de ce turbomoteur peut également être supprimé. La machine électrique cumule alors trois fonctions : une première fonction de démarrage du turbomoteur en transformant de l’énergie électrique fournie par le moyen de stockage en puissance mécanique entraînant le générateur de gaz pour son démarrage, une deuxième fonction de moteur électrique et une troisième fonction de générateur électrique transformant une puissance mécanique fournie par le générateur de gaz en énergie électrique.The starter-generator of this turbine engine can also be deleted. The electric machine then combines three functions: a first function of starting the turbine engine by transforming electrical energy supplied by the storage means into mechanical power driving the gas generator for its start-up, a second electric motor function and a third function electric generator transforming a mechanical power supplied by the gas generator into electrical energy.
Une première partie de cette énergie électrique peut alors être transmise à un réseau électrique de bord de l’aéronef afin d’alimenter différents équipements électriques de l’aéronef. Une seconde partie de cette énergie électrique peut être transmise et stockée par le moyen de stockage qui doit alors être rechargeable, telle une batterie rechargeable.A first part of this electrical energy can then be transmitted to an electrical network on board the aircraft to supply different electrical equipment of the aircraft. A second portion of this electrical energy can be transmitted and stored by the storage means which must then be rechargeable, such as a rechargeable battery.
Cette architecture micro-hybridation permet avantageusement de supprimer chaque démarreur-générateur de l’aéronef afin d’optimiser la masse de l’aéronef et, par suite, ses performances.This micro-hybridization architecture advantageously eliminates each starter-generator of the aircraft in order to optimize the mass of the aircraft and, consequently, its performance.
Dans le cadre de l’architecture mild-hybridation, la machine électrique peut avoir la seule fonction moteur électrique ou bien être réversible et avoir les fonctions de moteur électrique et de générateur électrique. Lorsque la machine est réversible, une première partie de cette énergie électrique peut comme précédemment être transmise à un réseau électrique de bord de l’aéronef et une seconde partie de cette énergie électrique peut être transmise et stockée par le moyen de stockage qui doit alors être rechargeable.As part of the architecture mild-hybridization, the electric machine can have the only function electric motor or be reversible and have the functions of electric motor and electric generator. When the machine is reversible, a first part of this electrical energy can as previously be transmitted to an electrical network on board the aircraft and a second part of this electrical energy can be transmitted and stored by the storage means which must then be rechargeable.
Toutefois, quelle que soit l’architecture de l’installation motrice hybride, le moyen de stockage peut être non rechargeable bien que la machine électrique soit réversible. La machine électrique fournit alors l’énergie électrique qu’elle génère uniquement au réseau électrique de bord de l’aéronef.However, whatever the architecture of the hybrid power plant, the storage means may be non-rechargeable although the electric machine is reversible. The electric machine then supplies the electrical energy that it generates solely to the on-board electrical network of the aircraft.
Par ailleurs, quelle que soit l’architecture d’implantation de chaque machine électrique et que la machine électrique soit réversible ou non, la machine électrique peut être utilisée pour démarrer un turbomoteur.Moreover, regardless of the implementation architecture of each electrical machine and whether the electric machine is reversible or not, the electric machine can be used to start a turbine engine.
En outre, quelle que soit cette architecture d’implantation de chaque machine électrique, le moyen de stockage d’énergie électrique peut être non rechargeable, telle une batterie non rechargeable ou bien un pile thermique. Ce type de moyen de stockage d’énergie électrique permet d’une part d’avoir généralement un bon rapport masse-énergie électrique stockée pour de faibles à moyennes quantité d’énergie électrique stockée et d’autre part de disposer très rapidement de cette énergie. Par contre, ces moyens de stockage et notamment la pile thermique ne possède qu’un cycle d’utilisation.In addition, regardless of this implementation architecture of each electrical machine, the electrical energy storage means may be non-rechargeable, such as a non-rechargeable battery or a thermal battery. This type of electrical energy storage means on the one hand to have generally a good mass-energy ratio stored for low to medium amount of stored electrical energy and secondly to have very quickly this energy . On the other hand, these storage means and in particular the thermal battery have only one cycle of use.
Un moyen de stockage d’énergie électrique peut également être rechargeable, telle une batterie rechargeable, possédant un nombre important de cycles de charge/décharge. Dans ce cas, la machine électrique est de préférence une machine électrique réversible afin de recharger ce moyen de stockage et bénéficier ainsi d’une énergie électrique de façon répétée au cours du vol de l’aéronef.An electrical energy storage means may also be rechargeable, such as a rechargeable battery, having a large number of charge / discharge cycles. In this case, the electric machine is preferably a reversible electric machine to recharge the storage means and thus benefit from electrical energy repeatedly during the flight of the aircraft.
Une machine électrique d’une installation motrice hybride selon l’invention est de préférence une machine électrique haute tension électrique, quelle soit réversible ou non. De fait, afin de pouvoir alimenter un réseau électrique de bord d’un aéronef qui est en basse tension électrique, une installation motrice hybride selon l’invention qui comporte au moins une machine électrique réversible comporte également un convertisseur Haute Tension/Basse Tension, désigné plus simplement « convertisseur HT/BT ».Ce convertisseur HT/BT permet de convertir l’énergie électrique Haute Tension générée par la machine électrique réversible en énergie électrique Basse Tension utilisable par le réseau électrique de bord de l’aéronef.An electric machine of a hybrid power plant according to the invention is preferably an electrical high voltage electric machine, whether reversible or not. In fact, in order to be able to supply an electrical network of an aircraft which is at low electrical voltage, a hybrid power plant according to the invention which comprises at least one reversible electric machine also comprises a high voltage / low voltage converter, designated more simply "HT / LV converter" .This HT / BT converter converts the high voltage electrical energy generated by the reversible electric machine into low voltage electrical energy usable by the on-board electrical network.
Par ailleurs, il est possible de combiner dans une installation motrice hybride selon l’invention chaque architecture microhybridation précédemment décrite avec une de ces architectures mild-hybridation. L’installation motrice hybride bénéficie alors des avantages de ces deux architectures.Moreover, it is possible to combine in a hybrid power plant according to the invention each microhybridization architecture previously described with one of these architecture mild-hybridization. The hybrid power plant then benefits from these two architectures.
Par exemple, une machine électrique peut être reliée à chaque générateur de gaz, le démarreur-générateur de chaque turbomoteur étant supprimé, et une machine électrique est implantée sur une entrée spécifique de la boîte de transmission principale de puissance. L’utilisation d’une seule machine électrique sur la chaîne de transmission principale de puissance mécanique ainsi que la suppression du démarreur-générateur de chaque turbomoteur permettent de limiter l’augmentation de la masse de l'installation motrice hybride et, par suite, de l’aéronef.For example, an electric machine can be connected to each gas generator, the starter-generator of each turbine engine being removed, and an electric machine is located on a specific input of the main power transmission. The use of a single electric machine on the main transmission chain of mechanical power and the suppression of the starter-generator of each turbine engine makes it possible to limit the increase of the mass of the hybrid power plant and, consequently, of the aircraft.
De plus, un seul moyen de stockage, qu’il soit rechargeable ou non, peut être utilisé de façon commune par les machines électriques de cette installation motrice hybride, notamment pour limiter son effet sur la masse de l’installation motrice hybride. La machine électrique reliée à la boîte de transmission principale de puissance peut également être réversible et reliée à un convertisseur HT/BT afin d’alimenter le réseau électrique de bord de l’aéronef.In addition, a single storage means, whether rechargeable or not, can be used in common by the electrical machines of this hybrid power plant, in particular to limit its effect on the mass of the hybrid power plant. The electric machine connected to the main gearbox can also be reversible and connected to an HV / LV converter to supply the on-board electrical network of the aircraft.
En outre, quelle que soit l’architecture d’implantation de chaque machine électrique, la puissance mécanique courante Pref, que fournit une machine électrique à l’arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance est définie par une loi de pilotage qui peut être fonction d’un ou plusieurs paramètres de fonctionnement de l’aéronef ou bien de son installation motrice hybride. Cette puissance mécanique courante Pref est inférieure ou égale à la puissance mécanique maximale Pmax.Moreover, whatever the implantation architecture of each electrical machine, the current mechanical power Pref, which an electric machine provides to the output shaft of the main power transmission gearbox, is defined by a control law which may be a function of one or more operating parameters of the aircraft or its hybrid power plant. This current mechanical power Pref is less than or equal to the maximum mechanical power Pmax.
Un tel paramètre peut être par exemple la fréquence courante de rotation NR d’un arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance. La puissance mécanique courante Pref peut alors être définie par une première loi de pilotage, telle que :Such a parameter can be for example the current rotation frequency NR of an output shaft of the main power transmission gearbox. The current mechanical power Pref can then be defined by a first control law, such that:
Pmax étant la puissance maximale que peut fournir chaque machine électrique exprimée en kilowatt (kW), NR étant la fréquence courante de rotation d’un arbre de sortie exprimée en tours par minute (tr/mn), ^ étant une dérivée temporelle de la fréquence courante de rotation NR exprimée en tours par minute par seconde (tr/mn/s), NRc étant une valeur de consigne de fréquence courante de rotation NR exprimée en tours par minute (tr/mn), Xi et X2 étant deux coefficients de butée sans unité, et k étant un coefficient d’anticipation exprimé en seconde.Pmax being the maximum power that can be provided by each electric machine expressed in kilowatt (kW), NR being the current rotation frequency of an output shaft expressed in revolutions per minute (rpm), where ^ is a time derivative of the frequency current of rotation NR expressed in revolutions per minute per second (rpm), NRc being a reference value of current rotation frequency NR expressed in revolutions per minute (rpm), Xi and X2 being two stop coefficients without unit, and k being an anticipation coefficient expressed in seconds.
Il est à noter que si cette première loi de pilotage fournit un résultat supérieur à la puissance mécanique maximale Pmax, la puissance mécanique courante Pref est alors définie égale à cette puissance mécanique maximale Pmax, car une machine électrique ne peut pas fournir une puissance mécanique courante Pref supérieure à cette puissance mécanique maximale Pmax.It should be noted that if this first driving law provides a result greater than the maximum mechanical power Pmax, the current mechanical power Pref is then defined equal to this maximum mechanical power Pmax, since an electric machine can not provide a current mechanical power Pref superior to this maximum mechanical power Pmax.
Les deux coefficients de butée Xi,X2 correspondent à des pourcentages de la valeur de consigne NRc et sont donc inférieurs à un. De plus, le premier coefficient de butée Xi est inférieur au second coefficient de butée X2. Un écart minimum entre les deux coefficients de butée Xi,X2 peut également être défini afin qu’une différence entre les produits (X2.NRC) et (Xi.NRc) soit comprise par exemple entre 5 et 10 tr/mn. Typiquement, les deux coefficients de butée Xi,X2 peuvent être respectivement égaux à 97% et 99% pour une valeur de consigne NRc égale à 340 tr/mn.The two abutment coefficients Xi, X2 correspond to percentages of the setpoint value NRc and are therefore less than one. In addition, the first abutment coefficient Xi is smaller than the second abutment coefficient X2. A minimum difference between the two abutment coefficients Xi, X2 can also be defined so that a difference between the products (X2.NRC) and (Xi.NRc) is for example between 5 and 10 rpm. Typically, the two abutment coefficients Xi, X2 may be respectively equal to 97% and 99% for a reference value NRc equal to 340 rpm.
Ces deux coefficients de butée Xi,X2 peuvent être modifiés avant chaque vol en fonction de l’utilisation souhaitée de chaque machine électrique. Notamment ces deux coefficients de butée Xi,X2 peuvent être définis supérieurs à un, la puissance mécanique courante Pref étant alors égale à la puissance mécanique maximale Pmax indépendamment de la fréquence courante de rotation NR de l’arbre de sortie. Par exemple, le coefficient de butée Xi est défini supérieur ou égal à 1,1, le premier coefficient de butée Xi étant inférieur au second coefficient de butée X2.These two abutment coefficients Xi, X2 can be modified before each flight according to the desired use of each electric machine. In particular, these two abutment coefficients Xi, X2 can be defined greater than one, the current mechanical power Pref being then equal to the maximum mechanical power Pmax independently of the current rotation frequency NR of the output shaft. For example, the stop coefficient Xi is defined greater than or equal to 1.1, the first stop coefficient Xi being smaller than the second stop coefficient X2.
La dérivée temporelle ^ de la fréquence courante de rotation NR permet d’anticiper la variation de cette fréquence courante de rotation NR, le coefficient d’anticipation k pondérant cette anticipation. Le coefficient d’anticipation k est par exemple égal à une seconde.The time derivative ^ of the current rotation frequency NR makes it possible to anticipate the variation of this current rotation frequency NR, the anticipation coefficient k weighting this anticipation. The anticipation coefficient k is for example equal to one second.
En outre, afin de maîtriser la durée de montée en puissance de la machine électrique, une valeur de la dérivée temporelle de la puissance mécanique courante Pref peut être imposée. Cette dérivée temporelle de la puissance mécanique courante Pref est par exemple égale à 1200 kilowatts par seconde (1200kW/s). On peut également utiliser une pente inverse en fin de fourniture de cette puissance, la dérivée temporelle de la puissance mécanique courante Pref étant par exemple égale à -1200 kW/s.In addition, in order to control the ramp-up time of the electric machine, a value of the time derivative of the current mechanical power Pref can be imposed. This time derivative of the current mechanical power Pref is for example equal to 1200 kilowatts per second (1200kW / s). It is also possible to use an inverse slope at the end of supply of this power, the time derivative of the current mechanical power Pref being for example equal to -1200 kW / s.
Par ailleurs, la valeur de la fréquence courante de rotation NR de l’arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance solidaire du rotor principal de l’aéronef peut être déterminée de différentes façons. Cette valeur peut être fournie au moyen de commande de la machine électrique par une installation avionique de l’aéronef, via un moyen de communication du moyen de commande de la machine électrique.Furthermore, the value of the current rotation frequency NR of the output shaft of the main power transmission gearbox of the main rotor of the aircraft can be determined in different ways. This value can be provided by means of control of the electric machine by an avionic installation of the aircraft, via a means of communication of the control means of the electric machine.
De préférence, cette valeur est déterminée par l’intermédiaire de la fréquence de rotation de la machine électrique, le rapport de réduction entre la machine électrique et l’arbre de sortie étant connu. Avantageusement, la mesure effectuée à partir de la machine électrique est plus précise que la mesure fournie par l’installation avionique de l’aéronef.Preferably, this value is determined by the frequency of rotation of the electric machine, the reduction ratio between the electric machine and the output shaft being known. Advantageously, the measurement made from the electric machine is more accurate than the measurement provided by the avionics installation of the aircraft.
La puissance mécanique courante Pref peut également être définie par une seconde loi de pilotage telle que PREF = f(Marg), la puissance mécanique courante Pref étant alors fonction d’une marge Marg de puissance de chaque turbomoteur opérationnel. La marge Marg de puissance d’un moteur thermique est la différence entre les puissances maximales théoriques des turbomoteurs et la puissance nécessaire au vol de l’aéronef. Par exemple, une machine électrique fournit une puissance mécanique courante Pref dès que la marge Marg de puissance est négative ou nulle.The current mechanical power Pref can also be defined by a second control law such that PREF = f (Marg), the current mechanical power Pref then being a function of a margin Marg of power of each operating turbine engine. The margin Margin of power of a heat engine is the difference between the theoretical maximum powers of the turboshaft engines and the power required for the flight of the aircraft. For example, an electric machine provides a current mechanical power Pref as soon as the margin Marg of power is negative or zero.
Chaque moyen de commande d’une machine électrique comporte un moyen de désactivation et un moyen de communication. Le moyen de communication est apte à communiquer avec une installation avionique de l’aéronef et le moyen de désactivation permet de désactiver une machine électrique selon différents critères.Each control means of an electric machine comprises a deactivation means and a communication means. The communication means is able to communicate with an avionic installation of the aircraft and the deactivation means makes it possible to deactivate an electric machine according to different criteria.
Ces critères peuvent être des critères d’inhibition afin notamment de préserver l’énergie électrique présente dans le moyen de stockage. Il est en particulier essentiel de préserver l’énergie électrique lorsque le moyen de stockage est non rechargeable afin de disposer de l’énergie électrique quand le pilote de l’aéronef en a réellement besoin, par exemple lors d’une panne d’un turbomoteur ou bien pour une phase particulière de vol nécessitant une puissance importante, telle qu’un décollage, un atterrissage ou bien un vol stationnaire. En outre, lorsque ce moyen de stockage est non rechargeable par exemple une pile thermique, son énergie électrique stockée est disponible et utilisable uniquement pendant quelques minutes après son activation.These criteria may be inhibition criteria in particular to preserve the electrical energy present in the storage means. In particular, it is essential to preserve the electrical energy when the storage means is non-rechargeable in order to have electrical energy when the pilot of the aircraft really needs it, for example during a failure of a turbine engine or for a particular flight phase requiring significant power, such as takeoff, landing or hovering. In addition, when this storage means is non-rechargeable, for example a thermal battery, its stored electrical energy is available and usable only for a few minutes after its activation.
Ces critères d’inhibition sont relatifs à l’état de l’aéronef ou bien à son fonctionnement. Ces critères d’inhibition correspondent à des phases de vol ou de non vol de l’aéronef pour lesquelles l’aéronef nécessite peu ou pas de puissance. Les turbomoteurs sont alors suffisants pour fournir cette puissance et assurer la sécurité du vol. Il est donc inutile de consommer de l’énergie électrique dont la quantité est limitée.These inhibition criteria relate to the state of the aircraft or to its operation. These inhibition criteria correspond to phases of flight or non-flight of the aircraft for which the aircraft requires little or no power. The turboshaft engines are then sufficient to provide this power and ensure the safety of the flight. It is therefore useless to consume electrical energy whose quantity is limited.
Un critère d’inhibition correspond par exemple à une situation où l’aéronef est au sol et n’a donc par définition pas besoin de puissance. En outre, l’arrivée subite d’une puissance électrique pourrait mettre en péril l’aéronef et son équipage. Un capteur présent dans le train d’atterrissage peut fournir cette information.An inhibition criterion corresponds for example to a situation where the aircraft is on the ground and therefore has by definition no need for power. In addition, the sudden arrival of electric power could endanger the aircraft and its crew. A sensor in the landing gear can provide this information.
Un critère d’inhibition correspond également à la composante horizontale Vy de la vitesse de vol de l’aéronef. En effet, un aéronef à voilure tournante nécessite une puissance moindre lors d’un vol de croisière. A contrario, pour des vols à faibles vitesses d’avancement, et en particulier les vols stationnaires ainsi que les phases de décollage et d’atterrissage, l’aéronef nécessite une puissance importante. La machine électrique peut donc être inhibée pour une composante horizontale ^donnée, par exemple supérieure à 40 nœuds (40kt).An inhibition criterion also corresponds to the horizontal component Vy of the flight speed of the aircraft. Indeed, a rotary wing aircraft requires less power during a cruise flight. Conversely, for flights at low speeds of advancement, and in particular the stationary flights as well as the take-off and landing phases, the aircraft requires a large power. The electric machine can therefore be inhibited for a given horizontal component, for example greater than 40 knots (40kt).
Un critère d’inhibition peut aussi être le passage volontaire du pilote d’un régime de surpuissance d’urgence OEI 30” à un régime de surpuissance d’urgence OEI 2'. Ce critère d’inhibition est levé dès que le pilote revient au régime de surpuissance d’urgence OEI 30”. D’autres critères d’inhibition sont liés au fonctionnement des turbomoteurs, par exemple une information qu’aucun turbomoteur n’est en panne ou bien que la marge Marg de puissance est supérieure à une marge de puissance limite, cette marge de puissance limite étant par exemple égale à 5%.An inhibition criterion may also be the pilot's voluntary transition from an OEI 30 "emergency overpower regime to an OEI 2 emergency overpower regime. This inhibition criterion is lifted as soon as the pilot reverts to the OEI 30 "emergency boosting regime. Other inhibition criteria are related to the operation of the turboshaft engines, for example an item of information that no turbine engine has failed or that the margin Marg of power is greater than a limit power margin, this power limit margin being for example equal to 5%.
Le moyen de désactivation permet également de désactiver une machine électrique selon des critères de désactivation, par exemple lorsque le moyen de stockage ne peut plus fournir de puissance électrique. C’est le cas par exemple si la durée d’utilisation d’une pile thermique est dépassée ou bien si le moyen de stockage ne contient plus d’énergie électrique et nécessite d’être rechargé.The deactivation means also makes it possible to deactivate an electrical machine according to deactivation criteria, for example when the storage means can no longer supply electrical power. This is the case for example if the duration of use of a thermal battery is exceeded or if the storage means no longer contains electrical energy and needs to be recharged.
De plus, un critère de désactivation peut être que les conditions de fonctionnement de cette machine électrique ne sont pas réunies, par exemple suite à une panne d’une machine électrique ou bien de son moyen de commande.In addition, a deactivation criterion may be that the operating conditions of this electrical machine are not met, for example following a failure of an electrical machine or its control means.
Toutefois, de telles pannes sont peu probables et non souhaitables, la machine électrique constituant un élément de sécurité du vol de l’aéronef devant être disponible quand le pilote en a besoin. Dans ce but, lors de la mise sous tension de l’aéronef avant son décollage, l’installation motrice hybride est contrôlée et testée, et notamment chaque machine électrique, chaque moyen de commande et chaque moyen de stockage d’énergie électrique afin de s’assurer de leur bon fonctionnement et de leur disponibilité.However, such failures are unlikely and undesirable, the electrical machine constituting a security element of the flight of the aircraft to be available when the pilot needs it. For this purpose, when powering up the aircraft before take-off, the hybrid power plant is controlled and tested, and in particular each electrical machine, each control means and each electrical energy storage means in order to ensure their proper functioning and availability.
Le moyen de désactivation peut agir, selon les critères d’inhibition, sur le circuit d’alimentation de la machine électrique pour désactiver une machine électrique. Le moyen de désactivation peut également, selon ces critères d’inhibition et également les critères de désactivation, fournir un signal de désactivation au moyen de commande de la machine électrique. Le moyen de désactivation peut aussi, selon ces critères d’inhibition et de désactivation, imposer que la puissance mécanique courante Pref fournie par la machine électrique ait une valeur nulle, indépendamment du résultat fourni par la loi de pilotage.The deactivation means can act, according to the inhibition criteria, on the power supply circuit of the electric machine to deactivate an electric machine. The deactivation means can also, according to these inhibition criteria and also the deactivation criteria, provide a deactivation signal to the control means of the electric machine. The deactivation means can also, according to these inhibition and deactivation criteria, require that the current mechanical power Pref supplied by the electric machine has a zero value, regardless of the result provided by the control law.
De plus, la machine électrique dispose d’une zone de fonctionnement autorisée en mode moteur électrique en fonction du couple qu’elle fournit. Ainsi, dans le cas où la machine électrique atteint le couple maximum de cette zone de fonctionnement autorisée, la puissance mécanique courante Pref fournie par la machine électrique doit être limitée afin que la machine électrique ne dépasse pas ce couple maximum. Par contre, dans le cas où la machine électrique atteint le couple minimum de cette zone de fonctionnement autorisée, la puissance mécanique courante Pref ne doit pas être réduite. Dans ce cas, la machine électrique ne fournit alors aucune puissance mécanique. L’installation motrice hybride comporte des protections automatiques afin de gérer les couples limites de cette zone de fonctionnement autorisée de chaque machine électrique.In addition, the electric machine has an authorized operating zone in electric motor mode depending on the torque it provides. Thus, in the case where the electric machine reaches the maximum torque of this authorized operating zone, the current mechanical power Pref supplied by the electric machine must be limited so that the electric machine does not exceed this maximum torque. On the other hand, in the case where the electric machine reaches the minimum torque of this authorized operating zone, the current mechanical power Pref must not be reduced. In this case, the electric machine then provides no mechanical power. The hybrid power plant includes automatic protections to manage the limit torques of this authorized operating zone of each electric machine.
Indépendamment de chaque loi de pilotage, le pilote de l’aéronef peut anticiper un besoin de puissance supplémentaire. Le pilote peut alors activer manuellement la machine électrique par l’intermédiaire d’un moyen manuel d’activation de la machine électrique. La machine électrique fournit alors la puissance mécanique maximale Pmax à l’arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance tout en appliquant les critères de désactivation ou d’inhibition précédemment cités.Independently of each piloting law, the pilot of the aircraft can anticipate a need for additional power. The pilot can then manually activate the electric machine through a manual means of activation of the electric machine. The electric machine then supplies the maximum mechanical power Pmax to the output shaft of the main power transmission gear while applying the deactivation or inhibition criteria mentioned above.
Par ailleurs, lorsqu’un moyen de stockage de l’énergie électrique est non rechargeable, tel qu’une pile thermique, une machine électrique peut fournir une puissance mécanique courante Pref égale à la puissance mécanique maximale Pmax pendant une durée limitée Rame par la quantité d’énergie électrique présente dans le moyen de stockage. Cette durée limitée Rame est telle que :Moreover, when a means for storing electrical energy is non-rechargeable, such as a thermal battery, an electric machine can provide a current mechanical power Pref equal to the maximum mechanical power Pmax for a limited time Rame by the quantity of electrical energy present in the storage means. This limited time Rame is such that:
Etotal étant l’énergie totale disponible dans le moyen de stockage initialement, U(t) étant la tension électrique aux bornes du moyen de stockage, l(t) étant l’intensité du courant électrique fourni par le moyen de stockage et Tact étant la date de l’activation du moyen de stockage.Etotal being the total energy available in the storage medium initially, U (t) being the electrical voltage across the storage means, l (t) being the intensity of the electric current supplied by the storage means and Tact being the date of activation of the storage medium.
En outre, le moyen de commande comporte un moyen d’affichage apte à être disposé sur un tableau de bord de l’aéronef. Le moyen d’affichage affiche une première indication relative à l’énergie électrique disponible dans le moyen de stockage ainsi qu’une seconde indication relative à l’état de la machine électrique. Cette seconde indication indique d’une part que la machine électrique est prête à fournir une puissance mécanique courante Pref à l’arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance et d’autre part que la machine électrique fournit une puissance mécanique courante Pref à l’arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance.In addition, the control means comprises a display means adapted to be arranged on a dashboard of the aircraft. The display means displays a first indication of the electrical energy available in the storage means and a second indication relating to the state of the electric machine. This second indication indicates on the one hand that the electric machine is ready to provide a current mechanical power Pref to the output shaft of the main power transmission gearbox and on the other hand that the electric machine provides a current mechanical power Pref to the output shaft of the main power gearbox.
La présente invention a également pour objet un aéronef à voilure tournante comportant une installation motrice hybride telle que précédemment décrite et au moins un rotor principal solidaire d’un arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance de cette installation motrice hybride, voire un rotor anticouple entraîné en rotation par ladite installation motrice hybride. L’installation motrice hybride comporte au moins deux turbomoteurs, au moins deux boîtiers de contrôle, au moins une machine électrique, au moins un moyen de stockage d’énergie électrique, au moins un moyen de commande de chaque machine électrique et une boîte de transmission principale de puissance comportant au moins un arbre de sortie.The present invention also relates to a rotary wing aircraft comprising a hybrid power plant as described above and at least one main rotor secured to an output shaft of the main gearbox of this hybrid power plant, or a anti-torque rotor rotated by said hybrid power plant. The hybrid power plant comprises at least two turboshaft engines, at least two control units, at least one electrical machine, at least one electrical energy storage means, at least one control device of each electrical machine and a transmission box. power main having at least one output shaft.
Chaque machine électrique peut être implantée selon une architecture micro-hybridation ou bien mild-hybridation et permet d’apporter une puissance mécanique supplémentaire à l’arbre de sortie de la boîte de transmission principale de puissance et, par suite, au rotor principal de l’aéronef, voire au rotor anticouple. L’invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, un aéronef muni d’une installation motrice hybride, - les figures 2 à 8, différentes architectures de l’installation motrice hybride, - les figures 9 à 13, différentes configurations du moyen d’affichage de l’installation motrice hybride.Each electric machine can be implanted according to a micro-hybridization or mild-hybridization architecture and makes it possible to bring an additional mechanical power to the output shaft of the main power transmission gearbox and, consequently, to the main rotor of the power transmission. aircraft, or the anti-torque rotor. The invention and its advantages will appear in more detail in the context of the description which follows with exemplary embodiments given by way of illustration with reference to the appended figures which represent: FIG. 1, an aircraft equipped with a hybrid power plant - Figures 2 to 8, different architectures of the hybrid power plant, - Figures 9 to 13, different configurations of the display means of the hybrid power plant.
Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d’une seule et même référence.The elements present in several separate figures are assigned a single reference.
La figure 1 représente un aéronef 1 à voilure tournante muni d’un rotor principal 2, d’un rotor arrière anticouple 7 et d’une installation motrice hybride 5 ainsi que d’un tableau de bord 8. L’aéronef 1 comporte également un réseau électrique de bord 30, alimentant différents équipements 31,32,33 de l’aéronef 1 ainsi que le tableau de bord 8. Le rotor principal 2 et le rotor arrière anticouple 7 sont entraînés en rotation respectivement par un arbre de sortie 4,6 de l’installation motrice hybride 5. Les deux arbres de de sortie 4,6 peuvent avoir des fréquences de rotation différentes afin d’entraîner en rotation le rotor principal 2 et le rotor arrière anticouple 7. Notamment, l’arbre de de sortie 4 entraînant le rotor principal 2, a une fréquence de rotation NR.FIG. 1 represents a rotary wing aircraft 1 provided with a main rotor 2, an anti-torque rear rotor 7 and a hybrid power plant 5 as well as a dashboard 8. The aircraft 1 also comprises a electrical network 30, supplying different equipment 31,32,33 of the aircraft 1 and the dashboard 8. The main rotor 2 and the rear anti-torque rotor 7 are rotated respectively by an output shaft 4,6 of the hybrid power plant 5. The two output shafts 4,6 may have different rotational frequencies in order to drive in rotation the main rotor 2 and the rear anti-torque rotor 7. In particular, the output shaft 4 driving the main rotor 2, has a rotation frequency NR.
Différentes architectures de cette installation motrice hybride 5 sont représentées sur les figures 2 à 8.Different architectures of this hybrid power plant 5 are shown in FIGS. 2 to 8.
De façon commune à ces architectures, l’installation motrice hybride 5 comporte deux turbomoteurs 10,10’, deux boîtiers de contrôle13,13’, chaque boîtier de contrôle 13,13’ étant relié à un turbomoteur 10,10’, une boîte de transmission principale de puissance 3, deux moyens d’accouplement 14,14’, deux arbres de sortie 4,6 qui sont des arbres de sortie de la boîte de transmission principale de puissance 3. Chaque turbomoteur 10,10’ comporte un générateur de gaz 11,11’ et une turbine libre 12,12’. Le moyen d’accouplement 14,14’ est positionné entre la turbine libre 12,12’ de chaque turbomoteur 10,10’ et la boîte de transmission principale de puissance 3. Ce moyen d’accouplement 14,14’ est par exemple une roue libre ou bien un dispositif d’embrayage.In common with these architectures, the hybrid power plant 5 comprises two turbine engines 10, 10 ', two control boxes 13, 13', each control box 13, 13 'being connected to a turbine engine 10, 10', a box of main power transmission 3, two coupling means 14,14 ', two output shafts 4,6 which are output shafts of the main power transmission gearbox 3. Each turbine engine 10,10' comprises a gas generator 11,11 'and a free turbine 12,12'. The coupling means 14, 14 'is positioned between the free turbine 12, 12' of each turbine engine 10, 10 'and the main power transmission gearbox 3. This coupling means 14, 14' is for example a wheel free or a clutch device.
Chaque boîtier de contrôle 13,13’ assure le contrôle et la gestion du fonctionnement d’un moteur thermique 10,10’. Un boîtier de contrôle 13,13’ peut être un boîtier de contrôle EECU ou bien un calculateur moteur FADEC par exemple.Each control box 13, 13 'provides control and management of the operation of a heat engine 10, 10'. A control box 13, 13 'may be an EECU control box or a FADEC engine control unit for example.
Chaque architecture comporte également une ou plusieurs machines électriques 20,20’,20” ainsi qu’un moyen de stockage 22 et un ou plusieurs moyens de commande 21,21’,21”. Chaque machine électrique 20,20’,20” fournit une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance 3 afin d’entraîner en rotation les arbres de sortie 4,6 et, par suite, le rotor principal 2 et le rotor arrière anticouple 7.Each architecture also comprises one or more electrical machines 20, 20 ', 20 "and a storage means 22 and one or more control means 21, 21', 21". Each electrical machine 20, 20 ', 20 "provides mechanical power to the main power transmission gearbox 3 to rotate the output shafts 4.6 and thereby the main rotor 2 and the rear anti-torque rotor. 7.
Chaque moyen de commande 21,21’,21” est relié à au moins une machine électrique 20,20’,20” et assure le contrôle et la gestion du fonctionnement de cette machine électrique 20,20’,20”.Each control means 21,21 ', 21 "is connected to at least one electrical machine 20,20', 20" and provides control and management of the operation of this electrical machine 20,20 ', 20 ".
Selon un premier type d’architecture désigné par l’expression « micro-hybridation » et représenté sur les figures 2 et 3, l’installation hybride motrice 5 comporte deux machines électriques 20,20’, une machine électrique 20,20’ étant reliée au générateur de gaz 11,11’ d’un turbomoteur 10,10’. Cette machine électrique 20,20’ entraîne alors en rotation l’arbre de rotation de ce générateur de gaz 11,11’. L’installation motrice hybride 5 représentée sur la figure 2 comporte également un démarreur-générateur 15,15’ positionné entre chaque turbomoteur 10,10’ et une machine électrique 20,20’. Chaque démarreur-générateur 15,15’ permet d’une part de démarrer un turbomoteur 10,10’ et d’autre part d’alimenter en électricité le réseau électrique de bord 30 de l’aéronef 1. Chaque machine électrique 20,20’ permet de transformer l’énergie électrique fournie par le moyen de stockage 22 en puissance mécanique entraînant la boîte de transmission principale de puissance 3. Le moyen de stockage 22 est alors non rechargeable, typiquement une pile thermique. L’installation hybride motrice 5 comporte également un seul moyen de commande 21 relié aux deux machines électriques 20,20’. L’installation motrice hybride 5 représentée sur la figure 3 ne comporte pas de démarreur-générateur 15,15’, une machine électrique 20,20’ étant relié directement à un générateur de gaz 11,11’. La machine électrique 20,20’ assure alors trois fonctions : une première fonction de démarrage d’un turbomoteur 10,10’, une deuxième fonction de moteur électrique entraînant la boîte de transmission principale de puissance 3 et une troisième fonction de générateur électrique transformant une puissance mécanique fournie par le générateur de gaz 11,11’en énergie électrique. L’installation hybride motrice 5 comporte deux moyens de commande 21,21’, un moyen de commande 21,21’ étant relié à une machine électrique 20,20’. L’installation motrice hybride 5 comporte également un convertisseur HT/BT 25 permettant de convertir l’énergie électrique haute tension générée par la machine électrique 20,20’ afin d’alimenter le réseau électrique de bord 30 de l’aéronef 1 en énergie électrique basse tension.According to a first type of architecture designated by the term "micro-hybridization" and represented in FIGS. 2 and 3, the hybrid power plant 5 comprises two electrical machines 20, 20 ', an electric machine 20, 20' being connected at the gas generator 11, 11 'of a turbine engine 10, 10'. This electric machine 20,20 'then drives in rotation the rotary shaft of this gas generator 11,11'. The hybrid power plant 5 shown in Figure 2 also comprises a starter-generator 15,15 'positioned between each turbine engine 10,10' and an electric machine 20,20 '. Each starter-generator 15, 15 'makes it possible, on the one hand, to start a 10.10' turbine engine and, on the other hand, to supply power to the on-board electrical network 30 of the aircraft 1. Each electric machine 20, 20 ' enables the electrical energy supplied by the storage means 22 to be converted into mechanical power driving the main power transmission gearbox 3. The storage means 22 is then non-rechargeable, typically a thermal battery. The hybrid power plant 5 also comprises a single control means 21 connected to the two electrical machines 20, 20 '. The hybrid power plant 5 shown in Figure 3 does not include a starter-generator 15,15 ', an electric machine 20,20' being connected directly to a gas generator 11,11 '. The electric machine 20, 20 'then performs three functions: a first start function of a turbine engine 10, 10', a second electric motor function driving the main power transmission box 3 and a third electrical generator function transforming a mechanical power supplied by the gas generator 11,11 'in electrical energy. The hybrid power plant 5 comprises two control means 21,21 ', a control means 21,21' being connected to an electric machine 20,20 '. The hybrid power plant 5 also comprises an HT / LV converter 25 making it possible to convert the high voltage electrical energy generated by the electric machine 20, 20 'in order to supply the electrical network of the aircraft 30 with electrical energy. low tension.
Le moyen de stockage 22 de cette installation motrice hybride 5 peut être non rechargeable.The storage means 22 of this hybrid power plant 5 may be non-rechargeable.
Le moyen de stockage 22 de cette installation motrice hybride 5 peut également être rechargeable, une partie de l’énergie électrique générée par la machine électrique 20,20’ permettant de recharger ce moyen de stockage 22.The storage means 22 of this hybrid power plant 5 can also be rechargeable, a portion of the electrical energy generated by the electric machine 20,20 'for recharging the storage means 22.
Selon un second type d’architecture désigné par l’expression « mild-hybridation » et représenté sur les figures 4 à 7, au moins une machine électrique 20,20’ est positionnée sur une chaîne de transmission principale de puissance mécanique constituée par les turbines libres 12,12’, la boîte de transmission principale de puissance 3 et les arbres de sortie 4,6.According to a second type of architecture designated by the expression "mild-hybridization" and represented in FIGS. 4 to 7, at least one electrical machine 20, 20 'is positioned on a main transmission chain of mechanical power constituted by the turbines free 12.12 ', the main power gearbox 3 and the output shafts 4.6.
Une machine électrique 20 peut être reliée, comme représenté sur les figures 4 et 5, directement à la boîte de transmission principale de puissance 3. L’installation hybride motrice 5 comporte alors une seule machine électrique 20 et un seul moyen de commande 21.An electric machine 20 can be connected, as shown in FIGS. 4 and 5, directly to the main power transmission gearbox 3. The hybrid powerplant 5 then comprises a single electric machine 20 and a single control means 21.
Une machine électrique 20 peut également être implantée, comme représenté sur les figures 6 et 7, entre la turbine libre 12,12’ d’un turbomoteur 10 et la boîte de transmission principale de puissance 3. L’installation motrice hybride 5 comporte deux machines électriques 20,20’ et deux moyens de commande 21,21’, une machine électrique 20,20’ étant reliée à la turbine libre 12,12’ et un moyen de commande 21,21’ étant relié à une machine électrique 20,20’.An electric machine 20 can also be installed, as shown in FIGS. 6 and 7, between the free turbine 12, 12 'of a turbine engine 10 and the main power transmission gearbox 3. The hybrid powerplant 5 comprises two machines 20,20 'and two control means 21,21', an electric machine 20,20 'being connected to the free turbine 12,12' and a control means 21,21 'being connected to an electric machine 20,20 .
Dans le cadre de ce second type d’architecture, chaque machine électrique 20 ,20’ peut avoir la seule fonction moteur électrique, comme représenté sur les figures 4 et 6, le moyen de stockage 22 étant alors non rechargeable.In the context of this second type of architecture, each electric machine 20, 20 'can have the sole electric motor function, as shown in FIGS. 4 and 6, the storage means 22 then being non-rechargeable.
Chaque machine électrique 20 ,20’ peut également être réversible, comme représenté sur les figures 5 et 7. Chaque machine électrique 20 ,20’ assure alors les fonctions de moteur électrique et de générateur électrique. L’installation motrice hybride 5 comporte alors un convertisseur HT/BT 25 permettant de convertir l’énergie électrique haute tension générée par la machine électrique 20,20’ en énergie électrique basse tension pour le réseau électrique de bord 30.Each electric machine 20, 20 'can also be reversible, as shown in Figures 5 and 7. Each electric machine 20, 20' then performs the functions of electric motor and electric generator. The hybrid power plant 5 then comprises an HT / LV converter 25 making it possible to convert the high voltage electrical energy generated by the electric machine 20, 20 'into low voltage electrical energy for the on-board electrical network 30.
Le moyen de stockage 22 de cette installation motrice hybride 5 peut être non rechargeable ou bien rechargeable, une partie de l’énergie électrique générée par la machine électrique 20,20’ permettant de recharger ce moyen de stockage 22 rechargeable.The storage means 22 of this hybrid power plant 5 can be non-rechargeable or rechargeable, a portion of the electrical energy generated by the electric machine 20,20 'for recharging the storage means 22 rechargeable.
Le choix de l’implantation de chaque machine électrique 20,20’ selon l’un ou l’autre type d’architecture est défini en fonction de la puissance mécanique maximale Pmax de chaque machine électrique 20,20’ et d’une puissance limite Ppai spécifique à l’aéronef 1. Chaque machine électrique 20,20’ est implantée suivant le premier type d’architecture si sa puissance mécanique maximale Pmax est inférieure ou égale à la puissance limite Ppai et suivant le second type d’architecture si sa puissance mécanique maximale Pmax est supérieure à la puissance limite Ppai.The choice of the implantation of each electrical machine 20,20 'according to one or the other type of architecture is defined according to the maximum mechanical power Pmax of each electrical machine 20,20' and a power limit Ppai specific to the aircraft 1. Each electrical machine 20,20 'is implanted according to the first type of architecture if its maximum mechanical power Pmax is less than or equal to the limit power Ppai and following the second type of architecture if its power mechanical maximum Pmax is greater than the limiting power Ppai.
Par ailleurs, selon un troisième type d’architecture dont un exemple est représenté sur la figure 8, chaque architecture micro-hybridation peut être combinée avec une architecture mild-hybridation dans une installation motrice hybride 5.Furthermore, according to a third type of architecture, an example of which is shown in FIG. 8, each microhybridization architecture can be combined with a mild-hybridization architecture in a hybrid power plant 5.
Sur cette figure 8, l’installation motrice hybride 5 comporte trois machines électriques 20,20’,20”, trois moyens de commande 21,21’,21”, un moyen de stockage 22 et deux convertisseur HT/BT 25,25”, un moyen de commande 21,21’,21” étant relié à une machine électrique 20,20’,20”.In this FIG. 8, the hybrid power plant 5 comprises three electrical machines 20, 20 ', 20 ", three control means 21, 21', 21", a storage means 22 and two HT / LV 25.25 "converters. , a control means 21, 21 ', 21 "being connected to an electric machine 20, 20', 20".
Une machine électrique 20,20’ réversible est reliée à chaque générateur de gaz 11,11’ et assure les fonctions de démarrage d’un turbomoteur 10,10’, de moteur électrique entraînant la boîte de transmission principale de puissance 3 et de générateur électrique. Une autre machine électrique 20” réversible est reliée directement à la boîte de transmission principale de puissance 3 et assure les fonctions de moteur électrique et de générateur électrique.A reversible electric machine 20, 20 'is connected to each gas generator 11, 11' and provides the starting functions of a turbine engine 10, 10 ', of an electric motor driving the main power transmission gearbox 3 and an electric generator. . Another reversible electric machine 20 "is connected directly to the main power transmission gearbox 3 and performs the functions of electric motor and electric generator.
Le moyen de stockage 22 peut être rechargeable ou non et est relié à chaque moyen de commande 21,21’,21” afin d’alimenter les machines électrique 20,20’,20” en énergie électrique. Les machines électriques 20,20’ reliées à un générateur de gaz 11,11’ sont reliées à un premier convertisseur HT/BT 25 alors que l’autre machine électrique 20” reliée à la boîte de transmission principale de puissance 3 est reliée à un second convertisseur HT/BT 25”. Les deux convertisseurs HT/BT 25,25” alimentent le réseau électrique de bord 30 de l’aéronef 1.The storage means 22 may or may not be rechargeable and is connected to each control means 21, 21 ', 21 "in order to supply the electrical machines 20, 20', 20" with electrical energy. The electrical machines 20, 20 'connected to a gas generator 11, 11' are connected to a first HV / LV converter 25 while the other electrical machine 20 'connected to the main power transmission box 3 is connected to a second HT / LV converter 25 ". The two 25.25 "HT / LV converters supply the on-board electrical network 30 of the aircraft 1.
Quel que soit le type d’architecture de l’installation motrice hybride 5, chaque machine électrique 20,20’,20” apporte une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance 3, en complément de la puissance fournie par les turbomoteurs 10,10’ afin d’entraîner en rotation les arbres de sortie 4,6 et, par suite, le rotor principal 2 et le rotor arrière anticouple 7. Chaque machine électrique 20,20’,20” permet ainsi d’améliorer les performances de l’installation motrice hybride 5 et de l’aéronef 1.Regardless of the type of architecture of the hybrid power plant 5, each electric machine 20, 20 ', 20 "brings a mechanical power to the main power transmission gearbox 3, in addition to the power supplied by the turbine engines 10 10 'to rotate the output shafts 4.6 and thereby the main rotor 2 and the rear anti-torque rotor 7. Each electric machine 20,20', 20 "thus makes it possible to improve the performance of the the hybrid power plant 5 and the aircraft 1.
Chaque machine électrique 20,20’,20” fournit une puissance mécanique courante Pref inférieure ou égale à la puissance mécanique maximale Pmax que peut fournir chaque machine électrique 20,20’,20”. La puissance mécanique courante Pref peut être définie par une première loi de pilotage, telle que :Each electrical machine 20,20 ', 20 "provides a current mechanical power Pref less than or equal to the maximum mechanical power Pmax that can provide each electric machine 20,20', 20". The current mechanical power Pref can be defined by a first control law, such that:
NR étant la fréquence courante de rotation de l’arbre de sortie 4, ^ étant une dérivée temporelle de la fréquence courante de rotation NR, NRc étant une valeur de consigne de fréquence courante de rotation NR, Xi et X2 étant deux coefficients de butée, et k étant un coefficient d’anticipation.NR being the current rotation frequency of the output shaft 4, ^ being a time derivative of the current rotation frequency NR, NRc being a reference value of the current rotation frequency NR, Xi and X2 being two stop coefficients, and k being a coefficient of anticipation.
En outre, chaque machine 20,20’,20” peut être désactivée par un moyen de désactivation que comporte le moyen de commande 21,21’,21” afin de préserver la quantité d’énergie électrique du moyen de stockage 22. Ce moyen de désactivation désactive une machine électrique 20,20’,20” selon des critères liés notamment à : - chaque moyen de stockage 22 d’énergie électrique par exemple lorsque le moyen de stockage 22 ne peut plus fournir de puissance électrique, - des conditions de vol de l’aéronef 1 : par exemple lorsque l’aéronef 1 est au sol ou bien lorsque l’aéronef 1 a une vitesse de vol dont la composante horizontale Vy est inférieure à une vitesse seuil VI, - des conditions de fonctionnement de chaque turbomoteur 10,10’ : par exemple lorsqu’une information qu’aucun turbomoteur 10,10’ n’est en panne ou bien qu’une marge Marg de puissance de chaque turbomoteur 10,10’ est supérieure à une marge de puissance limite et - des conditions de fonctionnement de chaque machine électrique 20,20’,20” par exemple lorsqu’une machine électrique 20,20’,20” est en panne.In addition, each machine 20, 20 ', 20 "can be deactivated by a deactivation means that comprises the control means 21, 21', 21" in order to preserve the amount of electrical energy of the storage means 22. This means deactivation deactivates an electrical machine 20,20 ', 20 "according to criteria related in particular to: - each storage means 22 of electrical energy for example when the storage means 22 can no longer provide electrical power, - conditions of flight of the aircraft 1: for example when the aircraft 1 is on the ground or when the aircraft 1 has a flight speed whose horizontal component Vy is below a threshold speed VI, - the operating conditions of each turbine engine 10, 10 ': for example when information that no turbine engine 10, 10' has failed or that a margin Marg of power of each turbine engine 10, 10 'is greater than a limit power margin and - condition s of operation of each electrical machine 20,20 ', 20 "for example when an electrical machine 20,20', 20" is down.
En outre, le moyen de commande 21,21’,21” comporte un moyen d’affichage 40 positionné sur le tableau de bord 8. Différentes configurations de ce moyen d’affichage 40 sont représentées sur les figures 9 à 13. Le moyen d’affichage 40 affiche une première indication 41 relative à l’énergie électrique disponible dans le moyen de stockage 22 ainsi qu’une seconde indication 42 relative à l’état de la machine électrique 20,20’,20”.In addition, the control means 21, 21 ', 21 "comprises a display means 40 positioned on the dashboard 8. Different configurations of this display means 40 are shown in FIGS. 9 to 13. display 40 displays a first indication 41 relating to the electrical energy available in the storage means 22 and a second indication 42 relating to the state of the electric machine 20, 20 ', 20 ".
La première indication 41 représente un schéma d’une pile électrique dont le remplissage correspond à l’énergie électrique contenue dans le moyen de stockage 22. Ainsi, sur les figures 9 et 10, la première indication 41 précise que le moyen de stockage 22 est plein alors que sur la figure 11, une partie de l’énergie électrique du moyen de stockage 22 a été utilisée. Sur la figure 12, la première indication 41 indique que le moyen de stockage 22 est presque vide alors que sur la figure 13, la première indication 41 indique que le moyen de stockage 22 est vide.The first indication 41 represents a diagram of an electric battery whose filling corresponds to the electrical energy contained in the storage means 22. Thus, in FIGS. 9 and 10, the first indication 41 specifies that the storage means 22 are while in FIG. 11, a portion of the electrical energy of the storage means 22 has been used. In Fig. 12, the first indication 41 indicates that the storage means 22 is nearly empty whereas in Fig. 13 the first indication 41 indicates that the storage means 22 is empty.
La seconde indication 42 apparaît sur les figures 9 et 10 sous la forme d’un rectangle vide signifiant qu’au moins une machine électrique 20,20’,20” est prête à fournir une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance 3.The second indication 42 appears in FIGS. 9 and 10 in the form of an empty rectangle signifying that at least one electrical machine 20, 20 ', 20 "is ready to supply mechanical power to the main power transmission gearbox 3. .
Sur les figures 11 et 12, la seconde indication 42 apparaît sous la forme d’un rectangle plein signifiant qu’au moins une machine électrique 20,20’,20” fournit une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance 3 et participe ainsi à entraîner les arbres de sortie 4,6 et donc le rotor principal 2 et le rotor arrière anticouple 7 en rotation. On constate également sur les figures 11 et 12 la présence des indications 43 et 44 signifiant respectivement qu’un turbomoteur 10,10’ a fournit une surpuissance d’urgence OEI 30" et OEI 2'. On peut en déduire que l’aéronef 1 a subi une panne d’un turbomoteur 10,10’. Avantageusement, au moins une machine électrique 20,20’,20” fournit alors une puissance mécanique afin de compenser partiellement le manque de puissance lié à cette panne.In FIGS. 11 and 12, the second indication 42 appears in the form of a solid rectangle signifying that at least one electrical machine 20, 20 ', 20 "provides mechanical power to the main power transmission gearbox 3 and participates thus to drive the output shafts 4,6 and thus the main rotor 2 and the anti-torque rear rotor 7 in rotation. FIGS. 11 and 12 also show the presence of the indications 43 and 44 respectively signifying that a turbine engine 10, 10 'has provided an emergency overreaction OEI 30 "and OEI 2'. has suffered a malfunction of a 10.10 'turbine engine Advantageously, at least one electrical machine 20, 20', 20 "then provides a mechanical power to partially compensate for the lack of power related to this failure.
Enfin sur la figure 13, aucune seconde indication 42 n’est visible. Le moyen de stockage 22 étant vide, aucune machine électrique 20,20’,20” ne peut fournir une puissance mécanique à la boîte de transmission principale de puissance 3.Finally in Figure 13, no second indication 42 is visible. Since the storage means 22 are empty, no electrical machine 20, 20 ', 20 "can supply mechanical power to the main power transmission gearbox 3.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu’il n’est pas concevable d’identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.Naturally, the present invention is subject to many variations as to its implementation. Although several embodiments have been described, it is well understood that it is not conceivable to exhaustively identify all the possible modes. It is of course conceivable to replace a means described by equivalent means without departing from the scope of the present invention.
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