Brevet FR3028570A1 — publié le 20160520

ÉOLIENNE DE SECOURS COMPRENANT UN ARBRE COMPOSITE ARRIÈRE-PLAN 1. Domaine La présente invention concerne des éoliennes de secours, et plus précisément des éoliennes de secours pour génération d'électricité de secours dans un véhicule. 2. Description de l'art connexe La fonction principale d'une éolienne de secours (RAT, de l'anglais « Ram Air Turbine ») est de fournir de l'énergie électrique et/ou hydraulique à l'aéronef, 10 à n'importe quelle phase du vol dans le profil de fonctionnement de l'aéronef au cours de situations d'urgence dans lesquelles les autres sources de génération d'électricité ne fonctionnent pas. Suivant la configuration et la taille spécifiques de la RAT, 15 par exemple si elle comprend une boîte à engrenages et/ou un générateur électrique et/ou une pompe hydraulique ou des combinaisons de ceux-ci, un arbre d'entraînement de jambe d'une longueur significative 3028570 2 peut être requis. Un tel arbre d'entraînement est typiquement logé à l'intérieur de la jambe de la RAT et il raccorde la boîte à engrenages de la turbine à une autre boîte à engrenages supérieure, un générateur 5 et/ou une pompe. Dans les éoliennes de secours existantes, l'arbre est fait d'acier. Ceci résulte typiquement en un arbre surdimensionné de manière à puvoir satisfaire à tous les paramètres de performance requis tels que la 10 résistance à la flexion et à la torsion. L'arbre ainsi obtenu est plus lourd et plus encombrant que ce qui serait requis si chacun des paramètres de performance pouvait être traité individuellement. Ces procédés et systèmes classiques ont 15 généralement été considérés comme satisfaisants pour l'usage prévu. Il existe cependant toujours un besoin pour des éoliennes de secours améliorées. La présente invention apporte une solution à ce besoin. 20 RÉSUMÉ Cette invention concerne une éolienne de secours comprenant une jambe. La jambe comprend une partie turbine et une partie opposée de raccordement à un 25 véhicule. L'éolienne de secours comprend en outre une turbine fonctionnellement reliée à la partie turbine de la jambe de façon à pouvoir tourner par rapport à la jambe. Un arbre est disposé à l'intérieur de la jambe. L'arbre comprend une extrémité turbine et une extrémité 30 de raccordement au véhicule. L'extrémité turbine est fonctionnellement reliée à la turbine de façon à être 3028570 3 entraînée par celle-ci afin de tourner à l'intérieur de la jambe. L'arbre comprend un matériau composite qui présente une performance réglée pour au moins un paramètre parmi la vitesse critique optimale, les 5 résistances à la flexion et à la torsion et/ou les fréquences de résonnance sur une plage de vitesses opérationnelles de l'arbre. Par exemple, le matériau composte de l'arbre peut être anisotrope et il peut être réglé pour la flexion 10 et la torsion tout en minimisant le poids et le diamètre. Le matériau composite de l'arbre peut être un composite enroulé comprenant un nombre de tours de fibre, un sens d'enroulement et un pas d'enroulement. L'arbre peut être creux. Au moins un paramètre parmi le 15 nombre de tours de fibre, le sens d'enroulement et le pas d'enroulement peut être sélectionné pour atteindre la performance de réglage. L'arbre peut comprendre des accessoires métalliques montés à chaque extrémité de celui-ci. 20 L'extrémité turbine de l'arbre peut être indirectement raccordée à la turbine par l'intermédiaire d'une boîte à engrenages inférieure. L'extrémité de raccordement au véhicule peut être raccordable à un ou plusieurs éléments parmi un générateur, une boîte à engrenages 25 supérieure ou une pompe. La partie de raccordement au véhicule de la jambe peut être fixée de manière mobile à un véhicule pour se déployer à partir du véhicule, par exemple par rotation. Par exemple, le véhicule peut être un 30 aéronef. 3028570 4 Selon au moins un aspect de l'invention, l'aéronef comprend un générateur à éolienne de secours tel que décrit dans la présente, ledit générateur à éolienne de secours se déployant en cas de panne d'un ou plusieurs 5 générateurs d'électricité à bord de l'aéronef. Les caractéristiques susmentionnées ainsi que d'autres caractéristiques des systèmes et procédés selon l'invention ressortiront plus clairement aux yeux de l'homme du métier à la lecture de la description détaillée ci-après et des dessins. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Afin que l'homme du métier concerné par la présente comprenne plus clairement les procédés de fabrication et d'utilisation de l'invention sans expérimentations superflues, certains modes de réalisation de l'invention sont décrits ci-après de manière détaillée en référence à certaines figures, sur lesquelles : la figure 1 est une vue latérale en élévation en coupe transversale d'un mode de réalisation de l'éolienne de secours selon l'invention, illustrant un arbre composite reliant un générateur à une turbine ; la figure 2 est une vue en coupe transversale 25 partielle de l'arbre composite de la figure 1 ; et la figure 3 est une vue écorchée en perspective partielle de l'arbre composite de la figure 2. DESCRIPTION DÉTAILLÉE 30 Il est ci-après fait référence aux dessins sur lesquels les numéros de référence identiques 3028570 5 représentent des caractéristiques structurales ou des aspects identiques de l'invention. À des fins explicatives et illustratives, et sans intention de limitation, une vue illustrative d'un mode de 5 réalisation d'une éolienne de secours selon l'invention est représentée sur la figure 1 et elle est généralement représentée par le numéro de référence 100. Les systèmes et procédés ici décrits peuvent être utilisés pour réduire le poids et 10 améliorer la performance par rapport aux éoliennes de secours classiques pour des véhicules tels que des aéronefs. Selon au moins un aspect de l'invention, en référence à la figure 1, une éolienne de secours 100 15 comprend une jambe 107 apte à être fonctionnellement reliée à un véhicule (non illustré) pour se déployer à partir du véhicule. La jambe 107 comprend une partie turbine 103 et une partie de raccordement au véhicule 111 à fixer à un véhicule. La jambe 107 peut 20 être faite de n'importe quel matériau approprié (par exemple, aluminium, plastique, composites). La partie de raccordement au véhicule 111 de la jambe 107 peut être fixée de manière mobile à un véhicule, par exemple de façon à se déployer à partir 25 du véhicule pour générer de l'énergie. Par exemple, le véhicule peut être un aéronef utilisant l'éolienne de secours 100 pour générer de l'énergie en cas d'urgence. L'éolienne de secours 100 comprend en outre une turbine 105 fonctionnellement reliée à la jambe 107 par 30 l'intermédiaire d'une boîte à engrenages inférieure, au niveau de la partie turbine 103 de la jambe 107 afin de 3028570 6 tourner par rapport à la jambe 107. La turbine 105 peut comprendre une hélice à pales ou tout autre dispositif approprié conçu pour tourner sous l'effet d'un flux d'air qui le traverse. Cette énergie de rotation peut à 5 son tour entraîner un générateur d'électricité, une pompe ou similaires, pour fournir de l'énergie électrique ou une pressurisation de secours. En référence complémentaire aux figures 2 et 3, un arbre 101 est disposé à l'intérieur de la jambe 107 et 10 il définit un corps d'arbre 101a, une extrémité turbine 101b et une extrémité de raccordement au véhicule 101c. L'extrémité turbine 101b est opérationnellement reliée à la turbine 105 de façon à tourner avec la turbine 105 et à l'intérieur de la 15 jambe 107. L'arbre 101 comprend un matériau composite qui présente une performance réglée pour au moins un paramètre parmi la vitesse critique optimale, les résistances à la flexion et à la torsion et/ou les fréquences de résonnance sur une plage de vitesses de 20 fonctionnement de l'arbre 101. En référence à la figure 3, le matériau composite de l'arbre 101 peut être un composite enroulé comprenant un nombre de tours de fibre, un sens d'enroulement, un pas d'enroulement, une épaisseur et un diamètre. Comme illustré, l'arbre 101 peut être creux. La fibre peut être une fibre de carbone enroulée sur un mandrein et collée par résine époxy ou similaire. Au moins un paramètre parmi le nombre de tours de 30 fibre, le sens d'enroulement, le pas d'enroulement, l'épaisseur et le diamètre peut être sélectionné pour 3028570 7 atteindre la performance réglée. Cette configuration anisotrope permet le réglage afin d'atteindre des résistances spécifiques de l'arbre à la flexion et à la torsion ainsi qu'une vitesse critique. Ceci ne peut pas 5 être réalisé au moyen de matériaux présentant des propriétés isotropes tels que l'acier. Ainsi, les arbres d'éolienne de secours 101 tels que décrits dans la présente peuvent assurer des caractéristiques satisfaisantes de résistance et de performance (par 10 exemple, en mode de flexion et de torsion) tout en ayant un poids sensiblement inférieur à celui des éoliennes de secours classiques. L'arbre 101 peut comprendre des accessoires métalliques à chaque extrémité 101b, 101c de celui-ci, 15 de telle façon que les extrémités sont faites d'un métal et fixées au corps d'arbre 101a. Les accessoires métalliques peuvent être fixés pour renforces chacune des extrémités 101b, 101c, afin de les raccorder, par exemple, à une boîte à engrenages 109 ou à un 20 générateur. L'accouplement des extrémités métalliques au matériau composite peut être réalisé par rivetage, par adhésif, par ajustement spécial, par une combinaison de ceux-ci ou par tout autre moyen approprié. 25 L'extrémité turbine 101b de l'arbre 107 peut être indirectement reliée à la turbine 105 par une boîte à engrenages inférieure 109. L'extrémité de raccordement au véhicule 101c peut être raccordable à un ou plusieurs éléments parmi un générateur, une boîte à 30 engrenages supérieure raccordée à un générateur et/ou une pompe. Le générateur est relié au système 3028570 8 électrique et la pompe au système hydraulique du véhicule. Toute autre connexion mécanique appropriée est envisageable. Selon au moins un aspect de l'invention, un 5 aéronef (non illustré) comprend un générateur à éolienne de secours comprenant une éolienne de secours 100 telle que décrite ci-dessus. Le générateur à éolienne de secours se déploie en cas de panne d'un ou plusieurs générateurs d'électricité à bord de 10 l'aéronef. Par exemple, si toutes les installations de génération d'électricité de l'aéronef tombent en panne, le générateur à éolienne de secours se déploie et il fournit de l'électricité au système électrique de l'aéronef ou à des composants de ceux-ci dans le but de 15 maintenir les systèmes critiques pour le vol, la navigation et la communication. Les procédés et systèmes de l'invention tels que décrits ci-dessus et illustrés sur les dessins, concernent des arbres composites pour éoliennes de 20 secours présentant des propriétés supérieures comprenant un poids réduit et une performance améliorée comparativement aux arbres classiques. Bien que l'appareil et les procédés selon l'invention aient été illustrés et décrits en référence aux modes de 25 réalisation, l'homme du métier comprendra que des variantes et/ou des modifications puissent être apportées à ceux-ci sans sortir de l'esprit et de la portée de la présente description. REVENDICATIONS1. Éolienne de secours, comprenant : une jambe comprenant une partie turbine et une partie de raccordement à un véhicule ; une turbine fonctionnellement reliée à la jambe sur la partie turbine de la jambe de façon à pouvoir tourner par rapport à la jambe ; et un arbre disposé à l'intérieur de la jambe et définissant une extrémité turbine et une extrémité de raccordement au véhicule, l'extrémité turbine étant fonctionnellement reliée à la turbine de façon à être entraînée par la turbine à l'intérieur de la jambe, dans laquelle l'arbre comprend un matériau composite qui présente une performance réglée pour au moins une caractéristique parmi la vitesse critique optimale, la résistance à la flexion et à la torsion et/ou les fréquences de résonnance sur une plage de vitesses opérationnelles de l'arbre. 2. Éolienne de secours selon la revendication 1, dans laquelle le matériau composite de l'arbre 3028570 10 est un composite enroulé comprenant un nombre de tours de fibre, un sens d'enroulement, un pas d'enroulement, une épaisseur et un diamètre. 5 3. Éolienne de secours selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le matériau composite de l'arbre est anisotrope. 10 4. Éolienne de secours selon la revendication 2, ou selon la revendication 3 lorsqu'elle dépend de la 2, dans laquelle au moins un paramètre parmi le nombre de tours de fibre, le sens d'enroulement, le pas d'enroulement, 15 l'épaisseur et le diamètre est sélectionné de façon à atteindre la performance de réglage. 5. Éolienne de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'arbre 20 comprend des accessoires métalliques montés à chaque extrémité de celui-ci. 6. Éolienne de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle l'extrémité turbine de l'arbre est indirectement raccordée à la turbine par l'intermédiaire d'une boîte à engrenages. 7. Éolienne de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'extrémité de raccordement au véhicule peut être raccordée 3028570 11 à un ou plusieurs éléments parmi un générateur, une boîte à engrenages ou une pompe. 8. Éolienne de secours selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 7, dans laquelle le matériau composite de l'arbre est réglé pour les modes en flexion et en torsion tandis que le poids est minimisé. 10 9. Éolienne de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle la partie de raccordement au véhicule de la jambe peut être fixée de manière rotative à un véhicule, de façon à se déployer à partir du véhicule. 15 10. Éolienne de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le véhicule est un aéronef. 20 11. Système d'alimentation de secours d'aéronef, comprenant: un générateur à éolienne de secours, comprenant : une jambe apte à être fonctionnellement reliée à 25 un véhicule de façon à se déployer à partir du véhicule, la jambe comprenant une partie turbine et une partie de raccordement au véhicule ; une turbine fonctionnellement reliée à la jambe sur la partie turbine de la jambe de façon à 30 pouvoir tourner par rapport à la jambe ; et un arbre disposé à l'intérieur de la jambe et définissant une extrémité turbine et une extrémité 3028570 12 de raccordement au véhicule, l'extrémité turbine étant fonctionnellement reliée à la turbine de façon à tourner avec la turbine et à l'intérieur de la jambe, dans lequel l'arbre comprend un 5 matériau composite qui présente une performance réglée pour au moins une caractéristique parmi la vitesse critique optimale, la résistantce à la flexion, la résistance à la torsion et/ou les fréquences de résonnance sur une plage de vitesses 10 opérationnelles de l'arbre, dans lequel le générateur à éolienne de secours se déploie lors d'une panne d'un ou plusieurs générateurs d'électricité à bord d'un aéronef. 15 12. Aéronef selon la revendication 11, dans lequel le matériau composite de l'arbre est un matériau composite enroulé comprenant un nombre de tours de fibre, une sens d'enroulement, un pas d'enroulement, une épaisseur et un 20 diamètre. 13. Aéronef selon la revendication 11 ou 12, dans lequel l'arbre est creux. 25 14. Aéronef selon la revendication 11, 12 ou 13, dans lequel au moins un paramètre parmi le nombre de tours de fibre, le sens d'enroulement, le pas d'enroulement, l'épaisseur et le diamètre est sélectionné de 30 façon à atteindre la performance de réglage. 3028570 13 15. Aéronef selon la revendication 11, 12, 13 ou 14, dans lequel l'arbre comprend des accessoires métalliques à chaque extrémité de celui-ci.