Brevet FR3064670A1 — publié le 20181005

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine des sources auxiliaires de puissance pour aéronefs tels des avions, des hélicoptères ou tout autre type d'engin volant. On connait des générateurs auxiliaires de puissance mono-arbre pour aéronef, comportant un générateur de gaz dont l'arbre entraîne directement en rotation le rotor d'une génératrice électrique. Traditionnellement, le générateur de gaz comporte au moins un compresseur et une turbine qui sont liés en rotation sur un même arbre, la turbine étant alors dite liée. Le principe de fonctionnement est le suivant : l'air frais entrant dans le compresseur est comprimé du fait de la rotation du compresseur avant d'être envoyé vers une chambre de combustion où il est mélangé à un carburant. Les gaz brûlés et détendus du fait de la combustion sont ensuite évacués à grande vitesse vers la turbine liée. Il se produit alors un transfert de la puissance des gaz détendus vers la turbine liée, restituée sous la forme d'un couple mécanique sur l'arbre, dont une partie permet le maintien en rotation du compresseur et dont l'autre partie permet d'entraîner un organe récepteur, tel le rotor d'un hélicoptère ou le rotor d'une génératrice électrique. Toutefois, cette utilisation répartie du couple ne permet pas une optimisation de la consommation du carburant et, par conséquent, n'offre pas un bon rendement. Objet et résumé de l'invention Un but de la présente invention est de proposer une installation de production électrique pour un aéronef, remédiant aux inconvénients précités et permettant notamment de subvenir aux besoins de l'aéronef en énergie électrique tout en améliorant l'efficacité de la production d'énergie électrique. Pour ce faire, l'invention porte sur une installation de production électrique pour un aéronef ayant un réseau électrique, ladite installation de production électrique comprenant : - un générateur de gaz ; - une turbine libre entrainée en rotation par un flux de gaz généré par le générateur de gaz, la turbine libre ayant un arbre ; 3064670 2 - une génératrice électrique comportant un stator connecté électriquement au réseau électrique et un rotor entraîné en rotation par l'arbre de la turbine libre, le stator appliquant un couple résistif sur le rotor de la génératrice électrique ; 5 - un capteur de vitesse pour mesurer la vitesse de rotation de la turbine libre ; - un module électrique d'ajustement dudit couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique, le module électrique étant connecté au stator de la génératrice électrique ; et 10 - un dispositif de commande du module électrique configuré pour commander le module électrique en fonction de la vitesse de rotation de la turbine libre mesurée par le capteur de vitesse. Le générateur de gaz comporte un compresseur et une turbine liée. La turbine liée du générateur de gaz n'absorbe pas toute l'énergie cinétique des 15 . gaz brûlés et l'excédent d'énergie cinétique correspond au flux de gaz généré par le générateur de gaz. Ce dernier fournit donc de l'énergie cinétique à la turbine libre de sorte qu'il se produit une seconde détente dans la turbine libre qui transforme cette énergie cinétique en énergie mécanique afin d'entraîner 20 l'arbre de la turbine libre en rotation. Selon l'invention, l'arbre de la turbine libre est couplé au rotor de la génératrice électrique, de sorte que ce dernier est également entraîné en rotation lors du fonctionnement du générateur de gaz. Ceci permet à la génératrice électrique de transformer l'énergie mécanique de rotation, 25 provenant de l'arbre de la turbine libre, en énergie électrique afin d'alimenter le réseau électrique de l'aéronef. On comprend donc que l'arbre de la turbine libre n'est pas relié à l'arbre du générateur de gaz. La génératrice électrique est ici connectée électriquement au réseau 30 électrique de l'aéronef de sorte que l'installation selon l'invention est particulièrement adaptée aux avions, dans lesquels il est nécessaire d'utiliser des dispositifs de production d'énergie électrique auxiliaires pour subvenir aux forts besoins en électricité de l'appareil. Par réseau électrique, on entend l'ensemble des dispositifs électriques 35 de l'aéronef, susceptibles de consommer de l'énergie électrique et étant 3064670 3 connectés entre eux. Le réseau électrique peut comprendre, par exemple, la motorisation principale de l'aéronef, divers actionneurs ou encore les circuits de chauffage ou d'éclairage de l'aéronef. La génératrice électrique prélève une partie de l'énergie cinétique de 5 rotation sur l'arbre de la turbine libre. Aussi, un couple résistif est appliqué par le stator sur le rotor de la génératrice électrique et donc indirectement par le stator de la génératrice électrique sur l'arbre de la turbine libre. Ce couple résistif est orienté de façon opposée au sens de rotation du rotor de la génératrice électrique et de celui de l'arbre de la turbine libre. 10 La génératrice électrique étant connectée électriquement au réseau électrique de l'aéronef, elle est soumise aux variations de charge pouvant apparaître sur ledit réseau électrique. Les inventeurs ont constaté que la faible inertie de l'ensemble constitué par la turbine libre, son arbre et la génératrice électrique implique 15 qu'une variation brusque de la demande en énergie électrique du réseau électrique sur la génératrice électrique entraîne une forte variation du couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique. Ces variations ont pour conséquence d'augmenter ou réduire de manière significative la vitesse de rotation de la turbine libre. 20 Dans cette situation, la vitesse de rotation de la turbine libre n'est plus contrôlée alors qu'il est nécessaire de la faire tendre rapidement vers sa valeur nominale. Par la suite, le terme « vitesse nominale » de rotation de la turbine libre fera référence à une vitesse de rotation idéale prédéterminée de la 25 turbine libre, garantissant son rendement optimal et une production d'énergie électrique par la génératrice électrique suffisante pour subvenir à la demande électrique, en fonctionnement normal de l'installation de production électrique, c'est-à-dire hors incidents. Ainsi, lorsque la demande en énergie électrique sur la génératrice 30 électrique chute soudainement, par exemple en cas de panne sur le réseau électrique de l'aéronef, le couple résistif appliqué par le stator sur le rotor de la génératrice électrique et donc sur l'arbre de la turbine libre diminue fortement et la turbine libre présente alors une vitesse de rotation excessive. En d'autres mots, la turbine libre entre en survitesse, ce qui est susceptible 35 de l'endommager. 3064670 4 Inversement, lorsque la demande en énergie électrique augmente de manière subite, le couple résistif appliqué par le stator sur le rotor de la génératrice électrique augmente et la turbine libre est freinée de manière trop importante, entraînant une surchauffe du générateur de gaz et de la 5 turbine libre, ce qui risque également de les endommager. On comprend que, selon l'invention, le capteur de vitesse permet de fournir au dispositif de commande une valeur instantanée de la vitesse de rotation de la turbine libre. En fonction de cette valeur de vitesse de rotation instantanée, le module électrique est commandé par le dispositif de 10 commande de manière à adapter le couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique en fonction de la vitesse mesurée, afin de contrôler la vitesse de rotation de la turbine libre. L'invention permet donc de ramener la vitesse de rotation de la turbine libre vers sa valeur nominale. Autrement dit, l'invention permet de contrôler rapidement la vitesse 15 de rotation de la turbine libre, en agissant directement sur l'arbre de ladite turbine libre et non plus uniquement par ajustement du débit de carburant injecté dans la chambre de combustion du générateur de gaz. Ceci permet une gestion efficace de la production d'énergie électrique et de la consommation en carburant. Le rendement de l'installation est donc amélioré. 20 La consommation en carburant étant réduite, l'impact sur l'environnement s'en trouve diminué. De plus, la survitesse de la turbine en cas de panne du réseau électrique est notamment contenue. De préférence, et de manière non limitative, en cas de forte variation de la demande en énergie électrique et donc du couple résistif appliqué par 25 le stator sur le rotor de la génératrice électrique, une consigne peut être envoyée au générateur de gaz afin d'adapter l'alimentation en carburant de la chambre de combustion, de manière à rétablir la vitesse de rotation de la turbine libre à sa valeur nominale. Dans cette situation, l'invention permet de maîtriser sans délai la 30 vitesse de rotation de la turbine libre avant que le générateur n'atteigne le nouveau régime de fonctionnement adéquat, après quoi la gestion de la vitesse de rotation de la turbine libre est régulée par augmentation ou réduction du débit de carburant injecté. De manière avantageuse, le dispositif de commande est configuré 35 pour commander le module électrique selon un premier mode de commande 3064670 5 dans lequel le module électrique agit comme une charge électrique ou selon un deuxième mode de commande dans lequel le module électrique agit comme une source d'énergie électrique. On entend ici par « charge électrique » tout composant ou dispositif 5 connecté électriquement à un circuit et susceptible de consommer de l'énergie électrique. En d'autres mots, la charge électrique est un consommateur d'énergie électrique. Un intérêt est de palier les deux incidents pouvant se produire : une chute soudaine ou une augmentation soudaine de la demande en énergie 10 électrique sur la génératrice électrique. Dans le cas d'une chute soudaine de la demande en énergie électrique causée, par exemple, par une panne sur le réseau électrique de l'aéronef, le capteur de vitesse mesure une augmentation de la vitesse de rotation de la turbine libre, due à une diminution du couple résistif appliqué sur le rotor de 15 la génératrice électrique. Le module électrique est alors commandé selon le premier mode de commande, dans lequel il est configuré pour se comporter comme une charge électrique connectée au stator de la génératrice électrique. En d'autres termes, selon le premier mode de commande, tout se 20 passe comme si on avait connecté électriquement à la génératrice électrique un composant destiné à consommer une partie de l'énergie électrique qu'elle fournit et ainsi compenser la faible demande du réseau électrique en énergie électrique. Ceci se traduit par une augmentation du couple résistif, ce qui permet de limiter l'augmentation de la vitesse de rotation de la turbine libre, 25 de stabiliser la vitesse de rotation de la turbine libre, ou même de freiner la turbine libre. Inversement, dans le cas d'une augmentation soudaine de la demande en énergie électrique causée, par exemple, par une accélération importante de moteurs électriques de l'aéronef ou par l'activation de circuits électriques, 30 par exemple du circuit de chauffage ou d'éclairage, le capteur de vitesse mesure une diminution de la vitesse de rotation de la turbine libre, due à une augmentation du couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique. Le module électrique est alors commandé selon le deuxième mode de commande, dans lequel il est configuré pour se comporter comme une source d'énergie électrique. 3064670 6 En d'autres termes, selon le deuxième mode de commande, tout se passe comme si on avait connecté électriquement à la génératrice électrique un composant destiné à apporter une quantité d'énergie électrique supplémentaire au réseau électrique, s'ajoutant à celle fournie par la 5 génératrice électrique, afin d'assister cette dernière. Ceci se traduit par une diminution du couple résistif, ce qui permet de limiter la diminution de la vitesse de rotation de la turbine libre, de stabiliser la vitesse de rotation de la turbine libre ou même d'accélérer la turbine libre. Avantageusement, dans le premier mode de commande, le module 10 électrique agit comme une charge électrique lorsque la vitesse de rotation mesurée de la turbine libre est supérieure à un premier seuil haut prédéterminé, afin d'augmenter le couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique. On comprend que lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre, 15 mesurée par le capteur de vitesse, est supérieure au premier seuil haut, et donc que la turbine libre est en situation de survitesse, le dispositif de commande est configuré pour commander le module électrique afin qu'il agisse comme une charge électrique, c'est-à-dire comme un consommateur d'énergie électrique. De cette manière, le couple résistif appliqué par le 20 stator sur le rotor de la génératrice électrique et donc sur l'arbre de la turbine libre augmente. Cela a pour effet de limiter l'augmentation de la vitesse de rotation de la turbine libre, de préférence la stabiliser, encore de préférence, de freiner la turbine libre. On réduit ainsi, de manière contrôlée, la vitesse de rotation de la turbine libre. 25 De préférence, la commande du module électrique selon le premier mode de commande s'accompagne d'une diminution du régime du générateur de gaz. Le premier mode de commande peut donc, par exemple, permettre de contrôler la vitesse de rotation de la turbine libre jusqu'à ce que le générateur de gaz parvienne au nouveau régime, prenne le relai et se 30 comporte de nouveau de manière autonome. Le premier seuil haut prédéterminé peut être, par exemple, une valeur de vitesse de rotation au-delà de laquelle ramener la vitesse de rotation de la turbine libre à son niveau nominal impliquerait de réduire le flux de carburant injecté et serait susceptible de provoquer l'extinction de la combustion dans 35 la chambre du générateur de gaz. Le premier seuil haut peut par exemple 3064670 7 correspondre à une vitesse de rotation de la turbine libre égale à 105% de la vitesse de rotation nominale de la turbine libre. Le premier seuil haut peut être réglé en fonction des conditions d'utilisation. Le module électrique agit comme une charge électrique jusqu'à l'obtention d'une vitesse de rotation de 5 la turbine libre inférieure au premier seuil haut et/ou jusqu'à la mise en place du nouveau régime du générateur de gaz. En particulier, en commandant le module électrique, suivant le premier mode de commande, au-delà du premier seuil haut prédéterminé, on évite le risque d'une extinction intempestive de la combustion dans la 10 chambre du générateur de gaz et donc l'indisponibilité de la source de puissance auxiliaire, pendant une période de rallumage du générateur de gaz. Aussi, un dépassement du premier seuil haut traduit une augmentation accidentelle et flagrante de la vitesse de rotation de la turbine libre. De préférence, le module électrique agissant comme une charge 15 électrique comprend au moins une résistance chauffante. L'intérêt est d'utiliser une charge électrique peu coûteuse, capable de consommer rapidement une quantité d'énergie par effet joule, la quantité d'énergie consommée étant conditionnée notamment par le choix de la valeur de la résistance. Sans sortir du cadre de l'invention, le module électrique peut 20 comprendre une résistance chauffante variable, un banc de résistances ou tout autre dispositif permettant de consommer de l'énergie par effet joule. Cette résistante chauffante peut par exemple servir à chauffer l'habitacle de l'aéronef. Préférentiellement, le générateur de gaz comprend un compresseur et 25 ladite au moins une résistance chauffante est disposée en sortie du compresseur pour augmenter la température de l'air comprimé sortant du compresseur. On utilise ainsi astucieusement l'énergie calorique produite par la charge électrique afin de chauffer l'air comprimé. Cette augmentation de la température améliore les caractéristiques thermodynamiques de la 30 chambre de combustion ce qui réduit la consommation en carburant nécessaire au fonctionnement du générateur de gaz. Selon un aspect particulièrement avantageux, le module électrique agissant comme une charge électrique comprend au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique, de préférence une super capacité. En plus de 35 permettre la réduction de la vitesse de rotation de la turbine libre, un autre 3064670 8 intérêt est de pouvoir stocker une partie de l'énergie fournie par la génératrice électrique et de stocker cette énergie électrique pour un usage ultérieur. Cette énergie électrique accumulée pourra être réutilisée, par exemple, par les dispositifs électriques de l'aéronef lorsqu'ils auront besoin 5 de cette énergie électrique. De manière non limitative, le dispositif de stockage peut également être une batterie, un condensateur ou tout autre composant pouvant emmagasiner et restituer une énergie électrique. Dans le premier mode de commande, le dispositif de stockage 10 fonctionne en récepteur, c'est-à-dire qu'il accumule l'énergie électrique. Avantageusement, dans le deuxième mode de commande, le module électrique agit comme une source d'énergie électrique lorsque la vitesse de rotation mesurée de la turbine libre est inférieure à un seuil bas prédéterminé, afin de diminuer le couple résistif appliqué sur le rotor de la 15 génératrice électrique. On comprend que lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre est inférieure au seuil bas, un ordre de commande est transmis par le dispositif de commande au module électrique, afin qu'il agisse comme une source d'énergie électrique, de sorte à fournir une énergie électrique supplémentaire 20 au réseau électrique permettant de limiter la quantité d'énergie électrique à prélever sur la génératrice électrique pour subvenir à la demande en énergie électrique du réseau électrique de l'aéronef. Le couple résistif appliqué par le stator sur le rotor de la génératrice électrique et donc sur l'arbre de la turbine libre diminue. On limite ainsi, de manière contrôlée, la chute de la 25 vitesse de rotation de la turbine libre. Le seuil bas prédéterminé peut par exemple être une valeur de vitesse de rotation en-dessous de laquelle la turbine libre entraine le rotor de la génératrice électrique à une vitesse de rotation insuffisante pour produire l'énergie électrique garantissant le bon fonctionnement de l'aéronef et de ses 30 dispositifs électriques. De préférence, afin d'assister la génératrice électrique, la commande du module électrique selon le deuxième mode de commande s'accompagne d'une augmentation du régime du générateur de gaz. Sous le seuil bas, le module électrique agit comme une source d'énergie électrique, par exemple jusqu'à l'obtention d'une vitesse de 3064670 9 rotation de la turbine libre supérieure au seuil bas et/ou jusqu'à la mise en place du nouveau régime du générateur de gaz. Le seuil bas peut par exemple correspondre à une vitesse de rotation de la turbine libre égale à 80% de la vitesse de rotation nominale de la 5 turbine libre. En outre, ce contrôle de la vitesse de rotation de la turbine libre, à l'aide du module électrique agissant comme une source d'énergie électrique, permet, en parallèle, d'augmenter lentement le régime du générateur de gaz. Ceci évite une suralimentation en carburant et une surchauffe du 10 compresseur de gaz, tout en réduisant la consommation de carburant. De manière particulièrement avantageuse, le module électrique agissant comme une source d'énergie électrique comprend ledit au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique. On comprend que ledit au moins un dispositif de stockage restitue tout ou partie de l'énergie électrique qu'il a 15 stockée lors d'une situation de vitesse excessive de la turbine libre, afin de soulager la génératrice électrique et de limiter le couple résistif. Ledit au moins un dispositif de stockage fonctionne donc en source électrique alimentant le réseau électrique de l'aéronef. Autrement dit, ledit au moins un dispositif de stockage agit comme 20 une charge électrique, dans le premier mode de commande, ou comme une source d'énergie électrique, dans le deuxième mode de commande. Cette polyvalence autorise l'ajustement du couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique, en fonction de la vitesse de rotation de la turbine libre, à l'aide du dispositif de stockage, grâce à quoi on limite le nombre de 25 composants nécessaires à la régulation de la vitesse de rotation de la turbine libre. Par ailleurs, le dispositif de commande permet de maintenir la charge dudit au moins un dispositif de stockage à un niveau intermédiaire, de sorte que sa charge ne soit pas insuffisante pour fournir de l'énergie électrique 30 lorsqu'il agit comme une source de courant électrique, et de sorte qu'il ne soit pas entièrement chargé lorsqu'il est amené à agir comme une charge électrique. L'invention porte également sur un procédé de régulation de la vitesse de rotation de la turbine libre de l'installation de production électrique selon 35 l'invention, comportant un générateur de gaz, une turbine libre ayant un 3064670 10 arbre, une génératrice électrique comprenant un rotor et un stator, un module électrique d'ajustement du couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique, connecté électriquement au stator de la génératrice électrique, un dispositif de commande du module électrique et un capteur de 5 vitesse de rotation de la turbine libre, procédé dans lequel : - on mesure la vitesse de rotation de la turbine libre à l'aide du capteur de vitesse ; - on adapte le couple résistif appliqué par le stator sur le rotor de la génératrice électrique, relié à l'arbre de la turbine libre, en fonction de 10 la vitesse de rotation de la turbine libre mesurée par le capteur de vitesse. De préférence, on commande le module électrique selon un premier mode de commande, afin qu'il agisse comme une charge électrique, ou selon un deuxième mode de commande afin qu'il agisse comme une source 15 d'énergie électrique. Selon un premier mode de mise en oeuvre, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre, mesurée par le capteur de vitesse, est supérieure à un premier seuil haut et est inférieure à un second seuil haut on commande le module électrique selon le premier mode de commande de 20 façon à augmenter le couple résistif appliqué par le stator sur le rotor de la génératrice électrique. Le premier seuil haut peut être, par exemple, une valeur de vitesse de rotation prédéterminée au-delà de laquelle ramener la vitesse de rotation de la turbine libre à sa valeur nominale impliquerait de réduire le flux de 25 carburant injecté et serait susceptible de provoquer l'extinction de la chambre du générateur de gaz. Ce seuil peut être égal par exemple à 105% de la vitesse de rotation nominale de la turbine libre. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre, mesurée par le capteur de vitesse, est supérieure 30 à un second seuil haut : - on commande le module électrique selon le premier mode de commande, de façon à augmenter le couple résistif appliqué par le stator sur le rotor de la génératrice électrique ; - on interrompt le fonctionnement du générateur de gaz. 3064670 11 Le second seuil haut peut être, par exemple, une valeur de vitesse de rotation prédéterminée au-delà de laquelle la turbine libre peut être détruite, par exemple 110% de la vitesse de rotation nominale de la turbine libre. En interrompant le fonctionnement du générateur de gaz, on réduit plus 5 rapidement la vitesse de rotation de la turbine libre et on limite les risques d'endommagement. Selon un troisième mode de mise en oeuvre, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre, mesurée par le capteur de vitesse, est inférieure à un seuil bas, on commande le module électrique selon le deuxième mode 10 de commande, de manière à diminuer le couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique. Comme mentionné ci-dessus, le seuil bas peut être, par exemple, une valeur de vitesse de rotation prédéterminée en-dessous de laquelle la turbine libre entraine le rotor de la génératrice électrique à une vitesse de rotation 15 insuffisante pour produire l'énergie électrique garantissant le bon fonctionnement de l'aéronef et de ses dispositifs électriques, par exemple 80% de la vitesse de rotation nominale de la turbine libre. Brève description des dessins 20 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1. illustre une installation de production électrique selon l'invention, dans laquelle le module électrique est commandé selon 25 un premier mode de commande ; - la figure 2 illustre une installation de production électrique selon l'invention, dans laquelle le module électrique est commandé selon un deuxième mode de commande ; la figure 3A illustre un échelon ascendant de la demande en 30 énergie électrique sur la génératrice électrique ; - la figure 3B illustre l'évolution du couple résistif appliqué sur le stator de la génératrice électrique en réponse à l'échelon ascendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique ; 3064670 12 la figure 3C illustre l'évolution de la vitesse de rotation de la turbine libre en réponse à l'échelon ascendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique ; la figure 3D illustre l'évolution de la puissance fournie par le 5 générateur de gaz en réponse à l'échelon ascendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique ; - la figure 4A illustre un échelon descendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique ; la figure 4B illustre l'évolution du couple résistif appliqué sur le 10 stator de la génératrice électrique, en réponse à l'échelon descendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique ; - la figure 4C illustre la vitesse de rotation de la turbine libre en réponse à l'échelon descendant de la demande en énergie 15 électrique sur la génératrice électrique ; et la figure 4D illustre l'évolution de la puissance fournie par le générateur de gaz en réponse à l'échelon descendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique. 20 Description détaillée de l'invention La figure 1, représente une installation de production électrique 10 pour un aéronef, dénommée unité de puissance auxiliaire, comportant un générateur de gaz 12, une génératrice électrique 14 comportant un rotor 16 et un stator 18, et une turbine libre 20 apte à être entraînée en rotation par 25 un flux de gaz F généré par le générateur de gaz 12. Le générateur de gaz comporte un arbre rotatif 22 sur lequel sont montés un compresseur centrifuge 24 et une turbine liée 26, ainsi qu'une chambre de combustion 28 disposée entre le compresseur centrifuge 24 et la turbine liée 26. 30 L'air frais est admis dans l'enceinte du générateur de gaz 12, puis est comprimé par le compresseur centrifuge 24 qui le refoule vers la chambre de combustion 28 dans laquelle il est mélangé avec du carburant. Sur les figures, les flux d'air et de gaz sont représentés par des flèches vides tandis que les flèches pleines schématisent les consommations 35 électriques. 3064670 13 La combustion qui a lieu dans la chambre de combustion 28 provoque l'évacuation à grande vitesse des gaz brûlés vers la turbine liée 26, ce qui a pour effet d'entraîner en rotation l'arbre 22 du générateur de gaz 12 et, par conséquent, le compresseur centrifuge 24. Le générateur de gaz 12 5 fonctionne donc de manière autonome. La vitesse de rotation de l'arbre 22 du générateur de gaz 12 est déterminée par le débit de carburant entrant dans la chambre de combustion 28. Malgré l'extraction d'énergie cinétique par la turbine liée 26, le flux de 10 gaz F sortant du générateur de gaz 12 présente une énergie cinétique significative. Comme on le comprend à l'aide de la figure 1, le flux de gaz F est dirigé vers la turbine libre 20 ce qui a pour effet de provoquer une détente dans la turbine libre 20 conduisant à la mise en rotation de ladite turbine 15 libre. La turbine libre 20 possède un arbre 30 qui est couplé au rotor 16 de la génératrice électrique 14, de sorte à transmettre le mouvement de rotation de la turbine libre au rotor de la génératrice électrique. Cette dernière transforme l'énergie mécanique de rotation en énergie électrique 20 qu'elle délivre notamment au réseau électrique 32 de l'aéronef. En outre, un réducteur 31 est disposé entre l'arbre 30 de la turbine libre 20 et le rotor 16 de la génératrice électrique pour adapter la vitesse de rotation du rotor 16 par rapport à la vitesse de rotation de l'arbre 30. L'installation comporte en outre un capteur de vitesse 34, pour 25 mesurer la vitesse de rotation de l'arbre 30 de la turbine libre 20. Le capteur de vitesse 34 transmet la valeur de vitesse de rotation instantanée mesurée à un dispositif de commande 36. Le dispositif de commande 36 contrôle la répartition et la consommation de l'énergie fournie par la génératrice électrique. 30 Le stator 18 de la génératrice électrique applique un couple résistif C sur son rotor 16 et donc indirectement sur l'arbre 30 de la turbine libre 20. Ce couple résistif s'oppose au mouvement de rotation de la turbine libre et tend donc à la ralentir. Il est par ailleurs connu que la demande en énergie électrique, par 35 exemple celle du réseau électrique 32, peut être amenée à augmenter ou 3064670 14 chuter brusquement. Auquel cas, le couple résistif C peut respectivement augmenter ou diminuer de manière significative, ce qui entraîne une diminution ou une augmentation de la vitesse de rotation de la turbine libre 20. 5 Conformément à l'invention, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre, mesurée par le capteur de vitesse 34, est supérieure à un premier seuil haut ou inférieure à un seuil bas, le dispositif de commande 36 est configuré pour commander un module électrique 38 d'ajustement du couple résistif C appliqué sur le rotor 16 de la génératrice électrique 14. Le 10 module électrique 38 est relié électriquement au stator 18 de la génératrice électrique 14. Le premier seuil haut correspond, par exemple, à une vitesse de rotation de la turbine libre, mesurée par le capteur de vitesse, égale à 105% de la vitesse de rotation nominale de la turbine libre 20. Le seuil bas correspond, par exemple, à une vitesse de rotation de la turbine libre, 15 mesurée par le capteur de vitesse 34, égale à 80% de la vitesse de rotation nominale de la turbine libre. Dans le cas d'une chute soudaine de la demande en énergie électrique causée, par exemple, par une panne sur le réseau électrique 32 de l'aéronef, le couple résistif C appliqué sur le rotor de la génératrice électrique diminue, 20 en conséquence de quoi la turbine libre tend à partir brutalement en survitesse. Grâce à l'invention, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre est supérieure au premier seuil haut, le module électrique 38 est commandé, selon un premier mode de commande, de manière à se comporter comme une charge électrique connectée au stator 18 de la 25 génératrice électrique. Une installation de production électrique 10 munie d'un module électrique 38 commandé selon ce premier mode de commande est représentée en figure 1. Le module électrique 38 consomme une partie de l'énergie électrique fournie par la génératrice électrique 14, de manière à 30 augmenter le couple résistif sur le rotor 16 de la génératrice électrique 14, ce qui a pour conséquence de limiter l'augmentation de la vitesse de rotation de la turbine libre 20 et, de préférence, de freiner la turbine libre 20. Dans l'exemple non limitatif de la figure 1, le module électrique est composé d'une paire de résistances chauffantes 40, disposées en sortie du 35 compresseur 24 et d'un dispositif de stockage 42, telle une super-capacité. 3064670 15 Les résistances chauffantes 40 et le dispositif de stockage 42 constituent des charges électriques destinées à consommer une partie de l'énergie électrique fournie par la génératrice électrique 14 et donc à consommer une partie de l'énergie cinétique de l'arbre 30 de la turbine libre 5 20. Les résistances 40 et le dispositif de stockage 42 permettent ainsi d'augmenter le couple résistif C sur le rotor de la génératrice électrique, ce qui permet de limiter l'augmentation de la vitesse de rotation de la turbine libre 20. De préférence, les résistances permettent de stabiliser la vitesse de rotation de la turbine libre, encore de préférence, elles permettent de freiner 10 la turbine libre 20. Dans cet exemple, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre 20 est supérieure à un second seuil haut, par exemple égal à 110% de la vitesse de rotation nominale de la turbine libre, on interrompt le fonctionnement du générateur de gaz 12, de manière à assurer la réduction 15 de la vitesse de rotation de la turbine libre 20. Les résistances chauffantes 40 permettent de consommer l'énergie électrique de la génératrice électrique par effet joule. De plus, le dispositif de stockage 42 fonctionne ici en mode récepteur, c'est-à-dire qu'il emmagasine l'énergie électrique fournie par la génératrice électrique 14. 20 Dans cet exemple, le dispositif de stockage 42 est une super-capacité pouvant emmagasiner très rapidement l'énergie électrique fournie par la génératrice électrique. Inversement, dans le cas d'une augmentation soudaine de la demande en énergie électrique causée, par exemple, par une accélération importante 25 des moteurs électriques de l'aéronef ou par l'activation du chauffage de la cabine, de la climatisation ou encore de l'éclairage, le module électrique 38 est commandé selon un deuxième mode de commande, de manière à agir comme une source d'énergie électrique. La figure 2 représente l'installation de production électrique 10 selon 30 l'invention, dans laquelle le module électrique 38 est commandé selon le deuxième mode de commande. On comprend que le module électrique 38 est commandé selon le deuxième mode de commande en réponse à une forte demande en énergie électrique, par exemple du réseau électrique 32 de l'aéronef sur la génératrice électrique 14. 3064670 16 Dans cet exemple, le module électrique 38 est commandé selon le deuxième mode de commande par le dispositif de commande 36 lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre 20, mesurée par le capteur de vitesse 34, est inférieure à un seuil bas prédéterminé. 5 Selon l'invention, le module électrique 38 va fournir une énergie électrique supplémentaire, s'ajoutant à celle fournie par la génératrice électrique 14 de manière à l'assister et à limiter la quantité d'énergie électrique prélevée sur ladite génératrice électrique. Ceci a pour conséquence de limiter ou diminuer le couple résistif appliqué par le stator 10 18 sur le rotor 16 de la génératrice électrique 14 et donc à limiter le ralentissement de la turbine libre. Dans l'exemple de la figure 2, représentant le deuxième mode de commande, le module électrique comprend le dispositif de stockage 42 décrit ci-dessus, par exemple la super capacité, qui a été rechargé lors d'une 15 situation de vitesse excessive de la turbine libre 20. Le dispositif de stockage 42 fonctionne alors en mode générateur, c'est-à-dire qu'il restitue l'énergie électrique qu'il a précédemment emmagasinée. Cette énergie électrique supplémentaire permet de subvenir à une demande importante en énergie électrique de la part du réseau 20 électrique 32. Ceci limite l'énergie électrique prélevée sur la génératrice électrique 14, limite le couple résistif appliqué sur l'arbre 30 de la turbine libre 20 et limite le freinage et la diminution de la vitesse de rotation de la turbine libre 20. Sur les figures 1 et 2, les flèches de petite taille schématisent une 25 faible consommation ou un faible apport en énergie électrique. Les flèches de taille moyenne schématisent une consommation ou un apport moyen en énergie électrique et les flèches de grande taille schématisent une forte consommation ou un apport important en énergie électrique. Les figures 3A à 3D illustrent, de manière non limitative, l'évolution 30 du couple résistif du stator 18, de la vitesse de rotation de la turbine libre 20 et de la puissance fournie par le générateur de gaz 12, en réponse à un échelon ascendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique, de sorte que : - sur le graphique de la figure 3A, on observe un échelon ascendant de 35 la demande en énergie électrique, traduisant une augmentation 3064670 17 brusque de ladite demande en énergie électrique par le réseau électrique 32 de l'aéronef sur la génératrice électrique, en fonction du temps ; - sur le graphique de la figure 3B, on observe l'évolution, en fonction 5 du temps, du couple résistif appliqué par le stator 18 sur le rotor 16 de la génératrice électrique, en réponse à l'échelon ascendant de la demande en énergie électrique ; - sur le graphique de la figure 3C, on observe l'évolution, en fonction du temps, de la vitesse de rotation de la turbine libre 20, en réponse 10 à l'échelon ascendant de la demande en énergie électrique ; et - sur le graphique de la figure 3D, on observe l'évolution, en fonction du temps, de la puissance fournie par le générateur de gaz 12, en réponse à l'échelon ascendant de la demande en énergie électrique. Par ailleurs, les figures 4A à 4D illustrent, de manière non limitative, 15 l'évolution du couple résistif du stator 18, de la vitesse de rotation de la turbine libre 20 et de la puissance fournie par le générateur de gaz 12, en réponse à un échelon descendant de la demande en énergie électrique sur la génératrice électrique, de sorte que : - sur le graphique de la figure 4A, on observe un échelon descendant 20 de la demande en énergie électrique, traduisant une chute brusque de ladite demande en énergie électrique, par le réseau électrique 32 de l'aéronef sur la génératrice électrique, en fonction du temps ; - sur le graphique de la figure 4B, on observe l'évolution, en fonction du temps, du couple résistif appliqué par le stator sur le rotor de la 25 génératrice électrique, en réponse à l'échelon descendant de la demande en énergie électrique ; - sur le graphique de la figure 4C, on observe l'évolution, en fonction du temps, de la vitesse de rotation de la turbine libre, en réponse à l'échelon descendant de la demande en énergie électrique ; et 30 - sur le graphique de la figure 4D, on observe l'évolution, en fonction du temps, de la puissance fournie par le générateur de gaz 12, en réponse à l'échelon descendant de la demande en énergie électrique. On constatera que la puissance du générateur de gaz 12 est régulée de manière à faire tendre la vitesse de rotation de la turbine libre 20 35 vers sa valeur nominale. 3064670 18 Les courbes représentées sur les graphiques des figures 3A à 3C et 4A à 4C ont pour unique but de montrer, de manière schématique, une tendance globale illustrant le comportement d'une installation de production électrique selon l'invention. 5 La demande en énergie électrique des graphiques des figures 3A et 4A a été choisie de manière arbitraire de sorte qu'elle présente une demande en énergie initiale à l'instant to, puis décrivant, en ti., respectivement un échelon ascendant et descendant de la demande, jusqu'à l'obtention d'un régime stabilisé en un instant t2, pour lequel la vitesse de 10 rotation de la turbine libre 20 retrouve sa valeur nominale, grâce notamment à la puissance fournie par le générateur de gaz 12. Sur les graphiques des figures 3B et 4B, les courbes Cl. en traits fins représentent l'évolution du couple résistif appliqué par le stator 18 sur le rotor 16 de la génératrice électrique 14 pour une installation de production 15 électrique 10 dans laquelle le couple résistif n'est pas ajusté. On remarque que le couple résistif non ajusté suit l'évolution de la demande en énergie électrique de manière abrupte. Lorsque la demande en énergie électrique augmente, le couple résistif non ajusté augmente et inversement. Les courbes C2 en gras des graphiques des figures 3B et 4B 20 représentent l'évolution du couple résistif ajusté appliqué par le stator 18 sur le rotor 16 de la génératrice électrique 14 pour une installation de production électrique 10 selon l'invention, dans laquelle le module électrique 38 permet d'obtenir une évolution plus douce du couple résistif. Sur les graphiques des figures 3C et 4C, les courbes V1 en traits fins 25 représentent l'évolution de la vitesse de rotation de la turbine libre 20, mesurée par le capteur de vitesse 34, pour une installation de production électrique 10, dans laquelle le couple résistif n'est pas ajusté. On remarque que la vitesse de rotation non régulée évolue de manière abrupte et inversée par rapport à la demande en énergie électrique. En effet, lorsque la demande 30 en énergie électrique augmente, le couple résistif non ajusté augmente soudainement et la vitesse de rotation de la turbine libre diminue soudainement également, avant de retrouver sa valeur nominale. Inversement, lorsque la demande en énergie électrique diminue, le couple résistif non ajusté diminue soudainement et la vitesse de rotation de la 35 turbine libre augmente soudainement avant de retrouver sa valeur nominale. 3064670 19 Les courbes V2 en gras des graphiques des figures 3C et 4C représentent l'évolution de la vitesse de rotation de la turbine libre 20 pour une installation de production électrique 10 selon l'invention, dans laquelle le module électrique 38 permet d'ajuster le couple résistif et donc de limiter 5 l'augmentation ou la diminution de la vitesse de rotation de la turbine libre et, par conséquent, les écarts par rapport à sa nominale. Sur les graphiques 3D et 4D, les courbes Pl en traits fins représentent l'évolution de la puissance fournie par le générateur de gaz 12, pour une installation de production électrique 10, dans laquelle le couple 10 résistif n'est pas ajusté. On remarque que ladite puissance évolue de manière abrupte et suit l'évolution de la demande électrique. En effet, lorsque la demande en énergie électrique augmente, le couple résistif non ajusté augmente et la vitesse de rotation de la turbine libre diminue avant de retrouver sa valeur nominale. Le générateur de gaz 12 est alors contraint de 15 fournir davantage de puissance afin de compenser la perte de vitesse de rotation de la turbine libre. Inversement, lorsque la demande en énergie électrique diminue, le couple résistif non ajusté diminue et la vitesse de rotation de la turbine libre augmente avant de retrouver sa valeur nominale. Le générateur de gaz 12 est alors contraint de fournir moins de puissance, 20 de manière limiter la vitesse de rotation de la turbine libre. Les courbes P2 en gras des graphiques des figures 3D et 4D représentent l'évolution de la puissance du générateur de gaz 12 pour une installation de production électrique 10 selon l'invention, dans laquelle le module électrique 38 permet d'ajuster le couple résistif et donc de limiter 25 l'augmentation et la diminution de la vitesse de rotation de la turbine libre et, par conséquent, les écarts par rapport à sa valeur nominale. On constate également que, grâce à l'invention, la puissance fournie par le générateur de gaz ne varie pas sensiblement et en particulier n'augmente pas brutalement, ce qui permet de réduire la consommation en carburant. 30 35 REVENDICATIONS1. Installation de production électrique (10) pour un aéronef ayant un réseau électrique (32), ladite installation de production électrique comprenant : - un générateur de gaz (12); - une turbine libre (20) entrainée en rotation par un flux de gaz (F) généré par le générateur de gaz, la turbine libre ayant un arbre (30); - une génératrice électrique (14) comportant un stator (18) connecté électriquement au réseau électrique et un rotor (16) entrainé en rotation par l'arbre de la turbine libre, le stator appliquant un couple résistif sur le rotor de la génératrice électrique ; - un capteur de vitesse (34) pour mesurer la vitesse de rotation de la turbine libre ; - un module électrique (38) d'ajustement dudit couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique, le module électrique étant connecté au stator de la génératrice électrique ; et - un dispositif de commande (36) du module électrique configuré pour commander le module électrique en fonction de la vitesse de rotation de la turbine libre mesurée par le capteur de vitesse. 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de commande (36) est configuré pour commander le module électrique (38) selon un premier mode de commande dans lequel le module électrique agit comme une charge électrique ou selon un deuxième mode de commande dans lequel le module électrique agit comme une source d'énergie électrique. 3. Installation selon la revendication 2, dans laquelle, dans le premier mode de commande, le module électrique (38) agit comme une charge électrique lorsque la vitesse de rotation mesurée de la turbine 3064670 21 libre (20) est supérieure à un premier seuil haut prédéterminé, afin d'augmenter le couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique (14). 5 4. Installation selon la revendication 3, dans laquelle le module électrique (38) agissant comme une charge électrique comprend au moins une résistance chauffante (40). 5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle le générateur de 10 gaz (12) comprend un compresseur (24) et ladite au moins une résistance chauffante (40) est disposée en sortie du compresseur pour augmenter la température de l'air comprimé sortant du compresseur. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans 15 laquelle le module électrique (38) agissant comme une charge électrique comprend au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique (42), de préférence une super capacité. 7. Installation selon la revendication 2, dans laquelle, dans le deuxième 20 mode de commande, le module électrique (38) agit comme une source d'énergie électrique lorsque la vitesse de rotation mesurée de la turbine libre (20) est inférieure à un seuil bas prédéterminé, afin de diminuer le couple résistif appliqué sur le rotor (16) de la génératrice électrique (14). 25 8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle le module électrique (38) agissant comme une source d'énergie électrique comprend au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique (42). 30 9. Procédé de régulation de la vitesse de rotation de la turbine libre de l'installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, l'installation comportant un générateur de gaz (12), une turbine libre (20) ayant un arbre (30), une génératrice électrique (14) comprenant un rotor (16) et un stator (18), un module électrique (38) 35 d'ajustement du couple résistif appliqué sur le rotor de la génératrice électrique, connecté électriquement au stator de la génératrice 3064670 22 électrique, un dispositif de commande (36) du module électrique et un capteur de vitesse (34) de rotation de la turbine libre, procédé dans lequel : - on mesure la vitesse de rotation de la turbine libre à l'aide du 5 capteur de vitesse ; - on adapte le couple résistif appliqué par le stator de la génératrice électrique sur le rotor de la génératrice électrique relié à l'arbre de la turbine libre, en fonction de la vitesse de rotation de la turbine libre mesurée par le capteur de vitesse. 10 10.Procédé de régulation selon la revendication 9, dans lequel on commande le module électrique (38) selon un premier mode de commande, afin qu'il agisse comme une charge électrique ou selon un deuxième mode de commande, afin qu'il agisse comme une source 15 d'énergie électrique. 11.Procédé de régulation selon la revendication 10, dans lequel, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre (20), mesurée par le capteur de vitesse (34), est supérieure à un premier seuil haut et inférieure à 20 un second seuil haut, on commande le module électrique (38) selon le premier mode de commande, dans lequel il agit comme une charge électrique, de façon à augmenter le couple résistif appliqué par le stator (18) sur le rotor (16) de la génératrice électrique (14). 25 12.Procédé de régulation selon la revendication 10, dans lequel, lorsque la vitesse de rotation de la turbine libre (20), mesurée par le capteur de vitesse (34), est supérieure à un second seuil haut : - on commande le module électrique (38) selon le premier mode de commande, de façon à augmenter le couple résistif appliqué 30 par le stator (18) sur le rotor (16) de la génératrice électrique (14) ; - on interrompt le fonctionnement du générateur de gaz (12). 13.Procédé de régulation selon la revendication 10, dans lequel, lorsque 35 la vitesse de rotation de la turbine libre (20), mesurée par le capteur 3064670 23 de vitesse (34), est inférieure à un seuil bas, on commande le module électrique (38) selon le deuxième mode de commande, de manière à diminuer le couple résistif appliqué sur le rotor (16) de la génératrice électrique (14).