Brevet FR2966804A1 — publié le 20120504

L'invention concerne les aérodynes, notamment les avions. Il est connu de tracter un avion au moyen d'un véhicule à partir de son point de stationnement pour le faire rouler sur une portion de sa trajectoire jusqu'à la piste de décollage. Mais l'intervention de ce véhicule est facturée par les aéroports aux compagnies aériennes On a proposé que l'avion effectue le roulage de façon autonome en dotant d'une motorisation électrique un ou plusieurs de ses trains d'atterrissage. Mais cela peut nécessiter un surdimensionnement du réseau électrique de bord et du groupe auxiliaire de puissance. C'est la raison pour laquelle, pendant la phase de recul de l'avion à partir de son point de stationnement, on prévoit de démarrer un réacteur de l'avion. Une fois que le réacteur est allumé, le réseau électrique de bord se trouve également alimenté par le générateur électrique associé au réacteur. Il peut donc fournir au train motorisé la puissance nécessaire au roulage. Toutefois, ce mode de fonctionnement n'est pas optimal. Un but de l'invention est d'optimiser l'installation électrique de bord et l'utilisation de la puissance électrique disponible lors du roulage. A cet effet, on prévoit selon l'invention un aérodyne qui comprend : - un groupe auxiliaire de puissance apte à produire du courant électrique, - un premier distributeur électrique connecté au groupe, - au moins un moteur de propulsion en vol, comprenant un générateur de courant, - au moins un moteur de train, le moteur permettant de faire rouler l'aéronef, et - un deuxième distributeur électrique connecté au générateur et au moteur de train pour transmettre au moteur, indépendamment du premier distributeur, du courant provenant du générateur. L'invention concerne tous les aérodynes, à savoir les aéronefs volants principalement grâce à des forces aérodynamiques. Il s'agit des appareils « plus lourds que l'air », capables de voler et dont la sustentation est assurée grâce à une voilure. Cette dernière peut être fixe dans le cas d'un avion ou tournante dans le cas d'un hélicoptère. Ceux-ci peuvent être dotés de trains d'atterrissage motorisés. Ainsi, on peut alimenter les moteurs de train avec du courant électrique provenant du générateur via le deuxième distributeur électrique d'une façon indépendante de l'alimentation des autres systèmes de bord à partir du groupe auxiliaire de puissance. Ce dernier n'a donc pas la charge d'alimenter en courant les moteurs de train de sorte que la puissance disponible sur le groupe peut être consacrée aux autres équipements de bord. Avantageusement, le deuxième distributeur est connecté au premier distributeur. On peut ainsi, lorsque cela est opportun, transférer de la puissance électrique du premier distributeur au deuxième. De préférence, l'aérodyne comporte plusieurs moteurs de train aptes à faire rouler l'aéronef et connectés au deuxième distributeur indépendamment les uns des autres. On prévoit également selon l'invention un procédé de commande d'un aérodyne, dans lequel, simultanément : - un groupe auxiliaire de puissance électrique produit du courant alimentant un premier distributeur électrique, et - un générateur d'un moteur de propulsion en vol alimente en courant, indépendamment du premier distributeur, au moins un moteur de train faisant rouler l'aérodyne. De préférence, le roulage a lieu en avant. Avantageusement, le générateur alimente exclusivement le ou chaque moteur de train faisant rouler l'aérodyne. Ainsi, la puissance électrique disponible à partir du générateur est entièrement dédiée à l'alimentation des moteurs de train. De préférence, on alimente le ou chaque moteur de train faisant rouler l'aérodyne exclusivement à partir du générateur. Ainsi, les moteurs de train puisent leur énergie uniquement du générateur de sorte que la puissance disponible sur le groupe auxiliaire de puissance peut être entièrement consacrée à d'autres systèmes de l'aérodyne. Avantageusement, l'aérodyne comprenant au moins un autre moteur de propulsion en vol, on maintient à l'arrêt l'autre moteur de propulsion en vol ou au moins l'un des autres moteurs de propulsion en vol. De préférence, le ou les moteurs de propulsion en vol étant à l'arrêt, le ou les moteurs de train font reculer l'aérodyne. Ainsi, lors du recul, les charges électriques de bord sont alimentées par le groupe auxiliaire de puissance. En effet, son dimensionnement laisse alors en général une marge sur sa puissance électrique disponible, marge qui permet à elle seule l'alimentation des moteurs de train pour réaliser ce recul avec des performances moindres. Ainsi, au recul, le dimensionnement du groupe auxiliaire de puissance est tel, le plus souvent, qu'il suffit à lui seul pour alimenter les moteurs de train. On précise ici que le recul constitue une phase pendant laquelle les performances de roulage de l'aérodyne ne sont pas critiques. (Toutefois, la marge de puissance n'est pas suffisante pour l'ensemble du roulage. En particulier, il est en général impossible d'atteindre en marche avant les vitesses nécessaires à l'intégration convenable de l'aérodyne dans les mouvements au sol d'un aéroport.) Avantageusement, on démarre le moteur de propulsion en vol ou l'un des moteurs de propulsion en vol après un recul de l'aérodyne. Ainsi, on évite que le démarrage du moteur avant la fin du recul ne génère une poussée qui viendrait s'opposer au mouvement de recul produit par les moteurs de train. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des vues partielles en plan d'un avion selon l'invention illustrant deux étapes du procédé de l'invention, et - la figure 3 est un schéma détaillant le contenu du deuxième distributeur. On a illustré à la figure 1 un aéronef selon l'invention. Il s'agit dans le présent exemple d'un aérodyne et en l'espèce d'un avion 2 comprenant un fuselage 4 et deux ailes 6. Il comprend un empennage 8 et des réacteurs 10 fixés aux ailes respectives. L'avion comprend à l'avant du fuselage 4 un poste de pilotage 12. L'avion 2 comprend un train d'atterrissage avant 16 et des trains principaux 18 en l'espèce au nombre de deux, ce nombre n'étant pas limitatif et pouvant être augmenté ou diminué. Chacun des deux trains principaux comprend en l'espèce au moins deux paires de roues. Chacun de ces trains comporte en outre pour chaque paire de roue au moins un moteur électrique 19 de sorte que les trains sont aptes à eux seuls à faire rouler l'avion, en avant ou en arrière. L'avion 2 comprend un groupe de puissance auxiliaire 20 ou APU (acronyme de l'anglais Auxiliary Power Unit). Il peut s'agir par exemple d'un groupe turbogénérateur comprenant une turbine et apte à produire de l'énergie électrique à bord de l'avion pour alimenter en courant les différents systèmes de bord quand les moteurs de propulsion en vol 10 sont arrêtés afin d'économiser du carburant. Il peut cependant aussi être utilisé lorsque les moteurs de propulsion en vol 10 sont en fonctionnement, l'avion étant au sol ou en vol. L'avion 2 comprend un premier distributeur 22 formé par un centre de distribution d'énergie électrique parfois appelé EPDC (acronyme de l'anglais Electrical Power Distribution Center). Cet organe est couramment appelé « coeur électrique » de l'avion. L'avion 2 comprend un deuxième distributeur électrique 24. Chacun des propulseurs de l'avion en vol 10 comprend au moins un générateur de courant 26 actionné par l'énergie motrice du propulseur. En ce qui concerne l'architecture électrique de l'invention, les liaisons électriques sont les suivantes. L'avion 2 comprend une liaison électrique 30 reliant I'APU 20 au premier distributeur 22 et une liaison 32 reliant ce dernier au deuxième distributeur 24. Ce dernier est relié par des liaisons électriques 36 aux moteurs électriques 19 des trains 18. Ces moteurs étant ici au nombre de quatre, on compte quatre liaisons 36. Les moteurs de train 19 sont donc connectés au deuxième distributeur 24 indépendamment les uns des autres. Le générateur 26 de chaque propulseur 10 est relié par une liaison respective 38 au premier distributeur 22. En outre, le générateur 26 du premier propulseur 10, situé en bas sur la figure 1, est relié par une liaison 40 directement au deuxième distributeur 24. Toutes ces liaisons forment des connexions électriques qui permettent la transmission de courant, le cas échéant lorsque des interrupteurs ou des commutateurs qu'elles portent sont dans une position qui le permet. Le deuxième distributeur 24 est détaillé sur la figure 3. Il est relié au premier distributeur 22 par la liaison 32 par exemple sous une tension de 115 V. Il est relié de même au générateur 26 du premier propulseur sous une tension de 115 V. Il comprend un convertisseur de tension 50 ou ATU (pour l'anglais auto transformer unit) qui transforme la tension alternative de 115V de chacune de ces liaison en tension alternative de 230V. Le convertisseur est ici commun aux deux liaisons 32 et 40. Il comprend un convertisseur-redresseur de tension 52 ou ATRU (pour l'anglais auto transformer rectifier unit) qui transforme la tension alternative de 230V en tension continue de 540 V sur la branche associée à I'APU. Il comprend un redresseur de tension 54 ou RU (pour l'anglais rectifier unit) qui transforme la tension alternative de 230V en tension continue de 540 V sur la branche associée au générateur mais sans respecter les normes de qualité électrique contrairement au convertisseur-redresseur 52. Ainsi, le distributeur 24 reçoit en entrée une tension électrique alternative de 115 volts à 400 hertz, il l'élève sous la forme d'une tension alternative à 230 volts puis la redresse pour produire une tension continue de 540 volts. Le redresseur-convertisseur 52 et le redresseur 54 sont connectés en parallèle sur des lignes 55 d'alimentation en courant des moteurs 19. Le distributeur comprend enfin des unités d'électronique de puissance 56 ou PEM (pour power electronic module) associées aux moteurs de train respectifs 19. Les unités sont aussi connectées en parallèle aux lignes 55. Chaque unité met en forme en aval la tension disponible en amont pour contrôler les moteurs de roue respectifs 19. Toutes ces liaisons permettent ici la transmission d'un courant triphasé. Les valeurs de tension sont données seulement à titre d'exemple. Nous allons maintenant présenter un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention au moyen de l'avion 2. On suppose que l'avion est initialement à l'arrêt à son point de stationnement à l'aéroport. Avant son accélération sur la piste de décollage pour son envol, l'avion connaît une phase de roulage en marche arrière ou recul puis une phase de roulage en marche avant. La configuration de l'avion avant le début du recul est illustrée à la figure 1. La liaison 38 de chaque générateur 26 au premier distributeur 22 est interrompue au moyen de l'ouverture d'un interrupteur. Il en est de même pour la liaison du générateur 26 du premier propulseur au deuxième distributeur. Le roulage de l'avion jusqu'à la piste de décollage a lieu de façon autonome. Pour cela, on commande l'alimentation des moteurs de train par du courant provenant de I'APU par l'intermédiaire des deux distributeurs. Ainsi le courant provenant de I'APU arrive via la liaison 30 au premier distributeur 22 puis est transférée via la liaison 32 au deuxième distributeur 24 pour aboutir via les liaisons 36 respectives aux moteurs 19. Pendant cette phase de recul, I'APU alimente des systèmes de bord de l'aéronef autre que les moteurs 19. Elle présente en outre une puissance résiduelle disponible pour l'alimentation des moteurs 19 en vue du roulage de l'avion en marche arrière. Le recul de l'avion a donc lieu grâce au courant fourni exclusivement par I'APU 20. Pendant cette phase de recul, jusqu'à son achèvement, les propulseurs 10 sont à l'arrêt. A l'issue du recul, l'avion est stoppé puis mis au roulage en marche avant. Pour cela, on démarre au moyen de I'APU le premier moteur de propulsion en vol 10. De plus, on ferme l'interrupteur de la liaison 40 reliant le générateur de ce moteur au deuxième distributeur 24 de sorte que l'avion se trouve dans la configuration électrique illustrée à la figure 2. En outre, on ouvre un interrupteur de la liaison 32 de façon à isoler le deuxième distributeur 24 à l'égard du premier distributeur 22. Pour le recul, on alimente chacun des moteurs 19 exclusivement à partir du générateur 26 du premier propulseur 10 par l'intermédiaire du deuxième distributeur 24. Le courant passe donc du générateur 26 au distributeur 24, sans passer par le premier distributeur 22, puis arrive par chacune des liaisons 36 au moteur 19 concerné. Le générateur 26 alimente exclusivement les moteurs de train 19. Réciproquement, ceux-ci sont alimentés en courant exclusivement par le moteur 26. Pendant ce temps, I'APU alimente en courant les systèmes de l'avion via le premier distributeur 22, sans passer par le deuxième distributeur 24, le premier distributeur étant relié à ces systèmes d'une façon qui n'a pas été illustrée. Pendant le roulage en marche avant, lorsque le premier propulseur est en fonctionnement, il fournit une poussée qui contribue à entraîner l'avion. Les circuits associés à I'APU et au premier distributeur 22 d'une part et au générateur 26 et au deuxième distributeur 24 d'autre part étant indépendants et isolés électriquement, on évite que la mise en marche du générateur 26 du premier propulseur ne provoque l'apparition de régimes transitoires sur le réseau électrique principal de bord. De plus, on optimise le roulage dans la mesure où le générateur 26 est dédié aux moteurs 19. On voit en particulier que, lors du roulage en marche avant, le fonctionnement du propulseur 10 avec son générateur 26 se fait sans qu'il alimente les charges électriques de l'avion autre que les moteurs 19. Pendant le roulage en marche avant, le deuxième propulseur 10 est maintenu à l'arrêt. Ce n'est que préalablement à l'arrivée sur la piste de décollage que ce deuxième propulseur est mis en fonctionnement afin qu'il chauffe convenablement en préalable à l'accélération pour le décollage. L'invention permet de minimiser l'impact de l'installation de moteurs électriques sur les trains pour le roulage autonome de l'avion. Elle permet à faible coût d'adapter l'architecture électrique de l'avion pour permettre ce roulage autonome. On pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. On pourra mettre en oeuvre indépendamment de l'invention un procédé de commande d'un aérodyne dans lequel, lors d'un recul de l'aérodyne, un groupe auxiliaire de puissance électrique de l'aérodyne alimente un ou plusieurs moteurs de train faisant rouler l'aérodyne, le ou les moteurs de propulsion en vol étant à l'arrêt. REVENDICATIONS1. Aérodyne (2) caractérisé en ce qu'il comprend : - un groupe auxiliaire de puissance apte à produire du courant électrique (20), - un premier distributeur électrique (22) connecté au groupe, - au moins un moteur (10) de propulsion en vol, comprenant un générateur de courant (26), - au moins un moteur de train (19), le moteur permettant de faire rouler l'aéronef, et - un deuxième distributeur électrique (24) connecté au générateur et au moteur de train pour transmettre au moteur, indépendamment du premier distributeur, du courant provenant du générateur. 2. Aérodyne selon la revendication précédente dans lequel le deuxième distributeur (24) est connecté au premier distributeur. 3. Aérodyne selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes qui comporte plusieurs moteurs de train (19) aptes à faire rouler l'aéronef et connectés au deuxième distributeur (24) indépendamment les uns des autres. 4. Procédé de commande d'un aérodyne (2) caractérisé en ce que, simultanément : - un groupe auxiliaire de puissance électrique (20) produit du courant alimentant un premier distributeur électrique (22), et - un générateur (26) d'un moteur de propulsion en vol (10) alimente en courant, indépendamment du premier distributeur, au moins un moteur de train (19) faisant rouler l'aérodyne. 7. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le roulage a lieu en avant. 8. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel le générateur (26) alimente exclusivement le ou chaque moteur de train (19) faisant rouler l'aérodyne. 9. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel on alimente le ou chaque moteur de train (19) faisant rouler l'aérodyne exclusivement à partir du générateur (26). 10. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel, l'aérodyne comprenant au moins un autre moteur de propulsion en vol (10), on maintient à l'arrêt l'autre moteur de propulsion en vol ou au moins l'un des autres moteurs de propulsion en vol. 11. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel, le ou les moteurs de propulsion en vol (10) étant à l'arrêt, le ou les moteursde train (19) font reculer l'aérodyne. 10. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 4 à 9, dans lequel on démarre le moteur de propulsion en vol (10) ou l'un des moteurs de propulsion en vol après un recul de l'aérodyne.5