Brevet FR2948337A1 — publié le 20110128

La présente invention se rapporte à un système d'alimentation électrique pour nacelle de turboréacteur. Un avion est propulsé par plusieurs turboréacteurs logés chacun dans une nacelle abritant également un ensemble de dispositifs complémentaires liés à son fonctionnement tel qu'un dispositif d'inversion de poussée et un système de dégivrage par exemple. Le rôle d'un inverseur de poussée lors de l'atterrissage d'un avion est d'améliorer sa capacité de freinage en redirigeant vers l'avant au moins une partie de la poussée générée par le turboréacteur. Dans cette phase, l'inverseur obstrue la tuyère d'éjection des gaz et dirige le flux d'éjection du moteur vers l'avant de la nacelle générant de ce fait une contre poussée qui vient s'ajouter au freinage des roues de l'avion. Les moyens mis en oeuvre pour réaliser cette réorientation du flux varient selon le type d'inverseur. Cependant, dans tous les cas, la structure d'un inverseur comprend des capots mobiles déplaçables entre d'une part une position déployée dans laquelle ils ouvrent dans la nacelle un passage destiné aux flux déviés, et d'autre part une position d'escamotage dans laquelle ils ferment ce passage. Ces capots mobiles peuvent remplir eux-mêmes la fonction de 20 déviation ou plus simplement une fonction d'activation d'autres moyens de déviation tels que des volets d'obstruction de la veine. De manière générale, les capots mobiles et moyens de déviation sont actionnés par des vérins hydrauliques ou pneumatiques qui nécessitent un réseau de transport d'un fluide sous pression. Ce fluide sous pression peut 25 être obtenu par piquage d'air sur le turboréacteur dans le cas d'un système pneumatique ou prélèvement sur le circuit hydraulique de l'avion dans le cas d'un système hydraulique. De tels systèmes requièrent une maintenance importante car la moindre fuite dans le réseau hydraulique ou pneumatique peut avoir des 30 conséquences dommageables tant sur l'inverseur que sur d'autres parties de la nacelle. Par ailleurs, en raison de l'espace réduit disponible dans le cadre avant de l'inverseur, la mise en place et la protection d'un tel circuit sont particulièrement délicates et encombrantes. Pour palier ces divers inconvénients liés aux systèmes 35 pneumatique et hydraulique, les constructeurs d'inverseurs de poussée ont cherché à les remplacer et à équiper au maximum leurs inverseurs d'actionneurs électromécaniques plus légers et plus fiables. Un tel inverseur est décrit dans le document EP 0 843 089. D'autres demandes de brevet visent plus particulièrement les systèmes de contrôle de ces inverseurs électriques. Un autre équipement important d'une nacelle de turboréacteur est le système de dégivrage et/ou d'antigivrage pour bords d'attaque et plus particulièrement pour la lèvre d'entrée d'air du moteur de l'aéronef. En effet, la formation de givre sur la lèvre d'entrée d'air pose de nombreux problèmes parmi lesquels l'ajout de poids, le déséquilibre qui s'ensuit entre les parties bâbord et tribord et dans le cas plus particulier des entrées d'air de turboréacteur, la formation de blocs de glace susceptibles de pénétrer dans le moteur et d'endommager les pâles de sa soufflante notamment. Parmi les systèmes de dégivrage de la technique antérieure, on connaît des systèmes pneumatiques consistant à prélever de l'air chaud au niveau du turboréacteur et à l'amener à l'intérieur de la lèvre d'entrée d'air au moyen d'un circuit de conduites approprié. Ces systèmes pneumatiques sont encombrants, pesants et dégradent le rendement des moteurs de l'aéronef. Par conséquent, comme pour le système d'inversion de poussée, les constructeurs aéronautiques ont cherché à recourir à des systèmes de dégivrage électrique utilisant un réseau de résistances électriques chauffantes à travers lesquels circule un courant électrique. De plus nombreux documents de brevets visent ces systèmes. On 25 peut notamment citer la demande FR 08/06416 ou FR 09/00364 non encore publiées. Un aspect important de ces nacelles de turboréacteur utilisant des systèmes électriques est la gestion de l'alimentation électrique de ces différents systèmes. 30 Le document EP 1 953 085 traite de cette question et concerne un circuit d'alimentation pour système de dégivrage électrique. Selon le document EP 1 953 085, le système de dégivrage est alimenté par l'intermédiaire d'un générateur électrique dédié distinct des générateurs permettant l'alimentation électrique de l'avion à laquelle sera 35 notamment raccordé le dispositif d'inversion de poussée. Ce générateur dédié est plus particulièrement monté sur la boite d'accessoires, dite AGB (Accessory Gear Box), du turboréacteur. Ce générateur dédié délivre une tension électrique régulée aux résistances chauffantes du dispositif de dégivrage de l'entrée d'air. La solution décrite dans le document EP 1 953 085 a permis de s'affranchir d'un convertisseur de puissance pour améliorer la fiabilité du système et d'éviter d'apporter de l'énergie électrique de forte puissance en retour depuis le coeur électrique de l'avion jusqu'au moteur. Le système d'activation électrique de l'inverseur de poussée reste quant à lui alimenté par le coeur électrique de l'avion. Ce système consiste généralement à convertir l'énergie électrique provenant du coeur avion en pilotant un moteur relié à un mécanisme de transmission flexible entraînant des actionneurs électromécaniques. Bien que permettant une gestion autonome de l'alimentation électrique du dispositif de dégivrage et permettant d'éviter la présence d'éléments électriques supplémentaires à bord de la nacelle, le système décrit dans le document EP 1 953 085 présente certaines limitations. En effet, dans ce dispositif, le système électrique de l'inverseur de poussée reste relié au coeur électrique de l'avion. II convertit l'énergie électrique de l'avion en tension alternative notamment par des ponts redresseurs et des capacités en réseau de type HVDC. Le système comprend également un ensemble d'onduleurs et régule les courants de phases à un ou plusieurs moteurs, par exemples de types brushless, aptes à entraîner les actionneurs électromécaniques du dispositif d'inverseur de poussée. Ces convertisseurs de forte puissance restent encombrants, alourdissent le système électrique global de la nacelle notamment car leur densité de puissance de quelques kW/Kg est limitée par les températures de jonction des substrats silicium pour les transistors actifs tels que les IGBT (Transistors bipolaires à grille isolée). Par ailleurs, on notera que le freinage électrodynamique des actionneurs s'effectue par dissipation de l'énergie générée dans les moteurs à travers une résistance de dissipation en pilotant un transistor de commande correspondant, ceci afin d'éviter de perturber le réseau électrique avion en y réinjectant de l'énergie électrique. Au bilan global, les inconvénients majeurs pour la gestion de l'énergie sont principalement : - la nécessité d'apporter de l'énergie électrique avion au système en retour, l'énergie électrique avion étant elle-même produite depuis des générateurs électriques montés sur les boites d'accessoires du moteur AGB, - la nécessité de convertir et réguler la source électrique de courant alternatif, - la nécessité de dissiper de l'énergie dans les modes de freinage électrodynamiques de l'inverseur (dissipation dans une résistance de freinage) afin de ne pas perturber la qualité du réseau électrique de l'avion en y réinjectant l'énergie de freinage. Ceci impose de nombreuses contraintes sur le dimensionnement du système en volume, poids et prix, notamment. La présente invention vise à palier ces inconvénients et consiste pour ce faire en un circuit d'alimentation électrique pour nacelle de turboréacteur comprenant au moins un générateur électrique lié mécaniquement à un arbre du turboréacteur ledit générateur étant apte à alimenter électriquement directement un premier dispositif électrique de puissance autre qu'une simple unité de contrôle ou de surveillance caractérisé en ce que ledit générateur est apte à alimenter électriquement directement au moins un deuxième dispositif électrique de puissance autre qu'une unité de contrôle ou de surveillance. Par directement on entend sans passer par le réseau avion c'est-à-dire que le générateur électrique n'alimente pas le réseau électrique de l'avion sur lequel serait ensuite prélevé l'énergie électrique pour alimenter le premier et deuxième dispositif électrique actif mais que l'alimentation est effectuée directement au sein de la nacelle par ce générateur dédié. Cela n'empêche pas une transition de l'alimentation électrique par différents organes, tels que redresseurs, transistors ou autres mais reste interne à la nacelle. L'expression dispositif électrique de puissance autre qu'une simple unité de contrôle et de surveillance, n'empêche pas que le dispositif électrique contienne une unité de contrôle ou de surveillance propre pour la gestion de ces composants actifs tels que les résistances chauffantes et/ou moteurs électriques. Ainsi, de tels dispositifs comprennent notamment un dispositif d'inversion de poussée, un dispositif de dégivrage électrique, un dispositif de tuyère variable, mais exclu un simple boîtier de contrôle ou de monitoring seul. Ainsi, en utilisant un même générateur autonome pour alimenter plusieurs équipements électriques de puissance de la nacelle, il n'est plus nécessaire de prélever de l'énergie au réseau électrique de l'avion ni de le corriger et redresser. Il s'ensuit une simplification du circuit, une réduction des composants et par voie de conséquence un allégement de la structure. De manière préférentielle, l'un des dispositifs électriques de puissance est un dispositif de dégivrage électrique. De manière avantageuse encore, l'un des dispositifs électriques de puissance est un dispositif d'inversion de poussée. Avantageusement encore, le dispositif d'inversion de poussée comprend une ligne de sortie de freinage électrodynamique apte à alimenter au moins partiellement un autre dispositif électrique. Globalement, la mutualisation de la source électrique entre un dispositif électrique du type dégivrage et un dispositif électrique du type inversion de poussée est permise par le fait qu'une interruption de quelques secondes du dispositif de dégivrage peut être admise. Durant cette interruption, le générateur est alors utilisé pour alimenter le dispositif d'inversion de poussée, dont le temps d'ouverture et d'escamotage est de quelques secondes. Le niveau de puissance prélevée et dissipée en freinage électrodynamique, est également plus faible que le niveau maximal de puissance de dégivrage. Le dimensionnement du générateur pour le système de dégivrage convient donc généralement également au dispositif d'inversion de poussée. Dans le cas d'un système d'inversion à un seul moteur électrique, on pourra imaginer, plutôt que d'utiliser des convertisseurs AC-AC ou AC-DC et DC-AC de piloter directement le générateur et alimenter sans convertisseur le moteur électrique du dispositif d'inversion de poussée, par exemple de type à courant continu. De manière avantageuse, l'un des dispositifs électriques de 30 puissance est un dispositif de tuyère variable. Selon une variante de réalisation, le générateur électrique est de type générateur / starter. Avantageusement, le générateur électrique en mode starter est apte à être alimenté par une ligne retour d'un des dispositifs électriques. 35 En effet, la réjection de l'énergie en mode freinage peut se faire soit, si le dimensionnement le permet, dans l'arbre de la génératrice (fonctionnement en starter), soit pour alimenter l'autre dispositif électrique, en l'espèce plus particulièrement le dispositif de dégivrage. La réjection de l'énergie peut être mixte, ce qui permet de contrôler la vitesse de freinage. De manière préférentielle, le générateur est situé au niveau d'une boite accessoire du turboréacteur. De manière préférentielle, le circuit d'alimentation électrique comprend au moins deux générateurs électriques, notamment pour raisons de sécurité. Selon une variante de réalisation, au moins un des dispositifs de 10 puissance fonctionne en courant continu, notamment grâce à au moins un moteur à courant continu. De manière préférentielle, au moins un dispositif électrique est associé à un convertisseur, notamment de type AC-AC quand ledit dispositif de puissance fonctionne en courant continu. Il pourra notamment s'agir du 15 dispositif d'inversion de poussée avec un moteur électrique à courant continu. Avantageusement, le convertisseur permet le pilotage du dispositif électrique associé, notamment par régulation de l'alimentation du dispositif, notamment par l'intermédiaire d'une unité de contrôle nacelle et / ou de contrôle avion. 20 Avantageusement encore, le générateur est piloté par au moins une unité de contrôle électrique de la nacelle. Le pilotage du générateur peut notamment être utilisé pour piloter directement le ou les dispositifs électriques associés. De manière complémentaire, le générateur est piloté par au moins 25 une unité de contrôle électrique de la nacelle. Une telle unité est généralement connue sous le sigle ENU : Electrical Nacelle Unit. Avantageusement, le générateur électrique est apte à être piloté à l'aide de signaux de surveillance en provenance des premier et / ou deuxième dispositifs électriques alimentés, notamment par le biais de l'unité de contrôle 30 de la nacelle. De manière préférentielle, le circuit comporte au moins un commutateur électrique apte à être commandé par une unité de contrôle, notamment une unité de contrôle avion. Avantageusement, avec la solution de l'invention, il n'y a plus de 35 convertisseur principal de puissance, ni de prélèvement de source électrique de puissance sur le réseau avion, mais uniquement un ensemble de commutateurs qui permettent de diriger la tension de la génératrice vers l'un ou / et l'autre dispositif électrique commandé. Un autre mode de réalisation peut être proposé dans le cas où le temps de réponse de la régulation de tension de la génératrice est trop important et devient incompatible avec les besoins de régulation dynamique du dispositif électrique alimenté. Dans ce cas, on pourra alors mettre en place une régulation primaire de la tension de la génératrice effectuée par une unité de contrôle nacelle et prévoir un convertisseur de tension secondaire, également contrôlé par l'unité de contrôle nacelle, et utilisé pour affiner au besoin la régulation de l'alimentation du dispositif électrique et assurer la stabilité de la boucle de commande. Avantageusement, chaque dispositif électrique alimenté par le générateur est associé à un commutateur pilotable. Dans le cas précédent où un convertisseur secondaire est utilisé, le 15 convertisseur secondaire peut être, par exemple, du type AC-AC et peut remplacer le commutateur d'alimentation du dispositif électrique. De manière préférentielle, au moins un dispositif électrique alimenté comprend au moins une ligne de commande en provenance d'une unité de contrôle avion. 20 En effet, l'aspect pilotage de ces dispositifs restent généralement du ressort du poste de pilotage, et sont donc commandés par une unité de contrôle avion et par un calculateur moteur, seule la puissance électrique étant fournie et gérée par la nacelle conformément à l'invention. La présente invention se rapporte également à une nacelle de 25 turboréacteur comprenant au moins un circuit d'alimentation électrique selon l'invention. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel la figure unique est une représentation schématique d'un circuit d'alimentation 30 électrique selon l'invention. Avant de décrire en particulier le mode de réalisation représenté sur la figure unique, il est important de préciser que le circuit décrit n'est pas limité à un type de dispositif électrique particulier, ni notamment à un dispositif particulier de dégivrage ou un dispositif particulier d'inverseur de poussée, la 35 présente invention s'occupant de l'alimentation électrique de ces système. L'agencement et les spécificités de ces systèmes sont connus de l'homme du métier et ne font pas l'objet de la présente demande. Le circuit électrique 1 selon l'invention tel que représenté sur la figure unique vise à alimenter, d'une part, un dispositif de dégivrage électrique 100, et d'autre part, un dispositif d'inversion de poussée 200 comprenant un moteur électrique 201 apte à entraîner mécaniquement un ensemble d'arbres flexibles 202 actionneur un ensemble d'actionneurs électromécaniques 203 de l'inverseur de poussée. Le dispositif d'inversion de poussée comprend également un 10 ensemble de verrous 204, notamment dits primaire et tertiaires. Pour une description plus précise d'un système d'inversion de poussée électrique, on pourra se référer au document EP 0 843 089. Conformément à l'invention, le circuit électrique 1 comprend un générateur / starter 2 lié mécaniquement à un arbre du turboréacteur qui 15 l'entraîne en rotation pour générer de l'électricité. Ce générateur est situé au niveau d'une boîte d'accessoires 3 (AGB) de la nacelle. Un ou deux autres générateurs distincts (non représentés) sont chargés de fournir l'électricité du réseau électrique avion. 20 Le générateur 2 alimente en électricité et est piloté par une unité de contrôle nacelle 4 nommée ENU pour � Electrical Nacelle Unit �, elle-même pilotée par un contrôleur moteur 5 nomé EEC pour � Engine Electrical Controller �. L'ENU étant une unité de contrôle et non de puissance, elle n'est pas considérée comme un dispositif électrique actif selon l'invention. 25 Le générateur 2 alimente directement par sa sortie 6 électrique, d'une part, le dispositif de dégivrage 100 par une ligne d'alimentation 6a, et d'autre part, le dispositif d'inversion de poussée par une ligne 6b. Afin d'orienter au choix l'alimentation électrique du générateur 2 soit vers le dispositif de dégivrage 100 soit vers le dispositif d'inversion de 30 poussée 200, chacune des lignes 6a, 6b est équipée d'un commutateur 7a, 7b apte à permettre ou interrompre l'alimentation sur la ligne considérée. La gestion du dispositif de dégivrage étant autonome et relevant généralement de la nacelle, le commutateur 7a est commandé par une ligne 8 provenant de l'ENU 4. Une ligne retour 9, typiquement pour les informations 35 issues de capteurs de température, permet le retour d'informations à LENU 4. L'alimentation 6b à destination de l'inverseur de poussée bénéficie quant à elle d'un double contrôle. Le commutateur principal 7b est piloté par une unité de contrôle moteur 300, nommée EIU pour � Engin Interface Unit �. L'alimentation 7b alimente directement le moteur 201 et peut alimenter l'ensemble de verrous 204 sous réserve de la fermeture d'un commutateur 10 commandé par une ligne de commande 11 en provenance de l'ENU 4, pour des raisons de sécurité (ségrégation des ordres). Une ligne de retour 12, typiquement pour les informations issues de capteurs de position de l'inverseur, permet le retour d'informations à l'ENU 4. On notera également que la ligne d'alimentation 6, peut être équipée d'un capteur de courant retournant l'information à l'ENU 4 par une ligne 13. Conformément à l'invention, le générateur 2 alimente donc en électricité directement un premier dispositif électrique, en l'occurrence le système de dégivrage 100, et un deuxième dispositif électrique, en l'occurrence, le dispositif d'inversion de poussée 200. Les aspects de pilotage et de contrôle de chaque dispositif restent bien évidemment du ressort direct, indirect ou complémentaire de contrôleurs avion / nacelle, etc. Un aspect principal de l'invention est que la gestion de la puissance électrique nacelle est autonome et correctement dimensionnée sans avoir à prélever de la puissance électrique sur le réseau avion, puissance qu'il faudrait redresser et adapter. En fonction des dispositifs alimentés et de la puissance nécessaire, 25 la puissance électrique peut être orientée vers l'un ou l'autre ou les deux dispositifs. Dans le cas d'un dispositif de dégivrage et d'un dispositif d'inversion de poussée, il est possible de suspendre le dégivrage pendant les quelques secondes de fonctionnement de l'inverseur, ce qui permet de 30 dimensionner le générateur 2 uniquement selon la puissance maximale requise entre les deux dispositifs. Une variante non représentée mais revendiquée consiste à prévoir un retour électrique depuis le moteur 201 de l'inverseur de poussée, vers le générateur 2 en mode starter. 35 En effet, lors de l'ouverture ou de la fermeture de l'inverseur de poussée, le moteur 201 peut être utilisé pour freiner électrodynamiquement les actionneurs 203. Le moteur 203 produit donc de l'électricité qui peut servir pour alimenter le dispositif de dégivrage 100, ou être retournée au générateur 2 en mode starter et sur l'arbre du turboréacteur. Bien évidemment, pour certains dispositifs électriques ou certaines configurations de ces dispositifs, il peut être nécessaire d'avoir une alimentation électrique d'appoint ou d'avoir des servitudes secondaires qui peuvent toujours nécessiter une amenée de courant depuis l'avion. La puissance prélevée sera toutefois accessoire et non plus principale. Une servitude complémentaire non représentée consiste à employer une source électrique accessoire de l'avion pour les opérations de maintenance au sol, c'est-à-dire quand le turboréacteur est arrêté et que la génératrice ne produit donc pas de courant. Dans ce cas, ce circuit de tension régulée est, par exemple, converti pour alimenter progressivement les récepteurs. On notera également que les dispositifs électriques alimentés de manière autonome peuvent comprendre, par exemple, un dispositif de tuyère variable, ... Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Circuit d'alimentation (1) électrique pour nacelle de turboréacteur comprenant au moins un générateur électrique (2) lié mécaniquement à un arbre du turboréacteur ledit générateur étant apte à alimenter électriquement et directement un premier dispositif électrique de puissance autre qu'une simple unité de contrôle ou de surveillance caractérisé en ce que ledit générateur est apte à alimenter électriquement directement au moins un deuxième dispositif électrique de puissance autre qu'une unité de contrôle ou de surveillance. 2. Circuit d'alimentation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des dispositifs électriques de puissance est un dispositif de dégivrage électrique (100). 3. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un des dispositifs électriques de puissance est un dispositif d'inversion de poussée (200). 20 4. Circuit d'alimentation (1) électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'inversion de poussée (200) comprend une ligne de sortie de freinage électrodynamique apte à alimenter au moins partiellement un autre dispositif électrique. 25 5. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un des dispositifs électriques de puissance est un dispositif de tuyère variable. 6. Circuit d'alimentation (1) selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le générateur électrique (2) est de type générateur / starter. 7. Circuit d'alimentation (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le générateur électrique (2) en mode starter est apte à être alimenté par 35 une ligne retour d'un des dispositifs électriques.15 8. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le générateur (2) est situé au niveau d'une boite accessoire (3) du turboréacteur. 9. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux générateurs électriques (2), notamment pour raisons de sécurité. 10. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconques des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins un des dispositifs de puissance (200) fonctionne en courant continu, notamment grâce à au moins un moteur (201) à courant continu. 11. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif électrique est associé à un convertisseur, notamment de type AC-AC 12. Circuit d'alimentation (1) électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que le convertisseur permet le pilotage du dispositif 20 électrique associé, notamment par régulation de l'alimentation du dispositif, notamment par l'intermédiaire d'une unité de contrôle nacelle (4) et / ou de contrôle avion (5). 13. Circuit d'alimentation (1) selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 12 caractérisé en ce que le générateur (2) est piloté par au moins une unité de contrôle électrique de la nacelle (4). 14. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le générateur électrique (2) est 30 apte à être piloté à l'aide de signaux de surveillance (12, 9) en provenance des dispositifs électriques alimentés, notamment par l'intermédiaire de l'unité de contrôle de la nacelle (4). 15. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte au moins uncommutateur électrique (7a, 7b) apte à être commandé par une unité de contrôle (300, 4), notamment une unité de contrôle avion. 16. Circuit d'alimentation (1) électrique selon la revendication 15, 5 caractérisé en ce que chaque dispositif électrique (100, 200) alimenté par le générateur (2) est associé à un commutateur (7a, 7b) pilotable. 17. Circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que au moins un dispositif électrique 10 (200) alimenté comprend au moins une ligne de commande en provenance d'une unité de contrôle avion. 18. Nacelle de turboréacteur caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un circuit d'alimentation (1) électrique selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 17.