Brevet FR3079819A1 — publié le 20191011

ALIMENTATION ELECTRIQUE DES EQUIPEMENTS NON-PROPULSIFS D'UN AERONEF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne les aéronefs à propulsion hybride ou électrique et plus particulièrement l'alimentation électrique des équipements non propulsifs d'un tel aéronef. Dans la suite, on désignera la propulsion hybride ou purement électrique d'un aéronef par « propulsion électrique » pour simplifier l'exposé. L'invention s'applique en particulier à la propulsion électrique distribuée d'aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Il existe de nombreux types d'aéronefs à propulsion hybride ou électrique. Par exemple FR 2 990 573 et US 2013/0147204 exposent des systèmes de propulsion hybride pour un hélicoptère. FR 16 59366 expose un système propulsif hybride pour un aéronef à voilure tournant multirotor. EP 2 962 407 concerne l'alimentation d'équipements électriques d'un aéronef. Il existe un besoin pour une solution permettant d'alimenter plus efficacement les équipements non-propulsifs de l'aéronef. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un système de propulsion électrique pour un aéronef, comportant au moins une hélice, un moteur électrique pour entrainer l'au moins une hélice en rotation, une source principale de puissance électrique pour alimenter le moteur électrique, l'aéronef comportant un ensemble d'équipements non-propulsifs, caractérisé en ce que 2 le moteur électrique comporte une pluralité de moteurs électriques qui sont commandables pour fonctionner selon un premier mode dans lequel la pluralité de moteurs électriques entrainent conjointement l'au moins une hélice en rotation, et selon un second mode dans lequel au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques 5 sert de générateur électrique pour alimenter l'ensemble d'équipements non-propulsifs et au moins un des autres moteurs de la pluralité de moteurs électriques entraine l'hélice en rotation. Grâce à l'invention, l'alimentation des équipements non-propulsifs est réalisée de manière simple. Dans les phases de vol où la puissance maximale pour 10 propulser l'aéronef n'est pas requise, une partie de la pluralité des moteurs est utilisée en générateur électrique pour alimenter les équipements non-propulsifs. Dans les phases de vol où la puissance maximale pour propulser l'aéronef est requise, la pluralité des moteurs est utilisée pour la propulsion. D'autres sources de puissances, telles que des batteries, sont alors utilisées pour alimenter les 15 équipements non propulsifs. Grâce à l'invention, il est possible de prévoir deux alimentations ségréguées pour les équipements non-propulsifs, de façon à garantir un niveau de sécurité correct même dans le cas où une seule source de puissance équipe l'aéronef. Cela permet de limiter le nombre de sources de puissance, et donc de 20 limiter le coût, la masse et les opérations de maintenance. Selon une caractéristique préférée, dans le premier mode, l'ensemble d'équipements non-propulsifs est alimenté par un stockeur d'énergie et la pluralité de moteurs électriques est alimentée par la source principale de puissance électrique. 25 Le premier mode permet de fournir une puissance maximale pour la propulsion de l'aéronef. Selon une caractéristique préférée, dans le second mode, l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique est déconnecté de la source principale de puissance électrique et l'au moins un des autres 3 moteurs de la pluralité de moteurs électriques est alimenté par la source principale de puissance électrique. Le second mode est utilisable quand la puissance de propulsion maximale de l'aéronef n'est pas requise. 5 Selon une caractéristique préférée, dans le second mode, l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique est adapté pour recharger le stockeur d'énergie. Ainsi, le stockeur d'énergie est rechargé pendant le second mode, de manière à pouvoir alimenter les équipements non propulsifs pendant le premier mode. 10 Selon une caractéristique préférée, le système de propulsion électrique pour un aéronef comporte un premier organe de coupure entre l'ensemble d'équipements non-propulsifs et l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique, adapté à isoler l'ensemble d'équipements non-propulsifs de l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de 15 générateur électrique, dans le premier mode. Selon une caractéristique préférée, le système de propulsion électrique pour un aéronef comporte un second organe de coupure entre la source principale de puissance électrique et l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique, adapté à isoler la source principale de puissance électrique 20 de l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique, dans le second mode. Selon une caractéristique préférée, le système de propulsion électrique pour un aéronef comporte deux hélices et deux groupes de moteurs comportant chacun deux moteurs, chaque groupe de moteurs étant commandable pour fonctionner selon un 25 premier mode dans lequel les deux moteurs entrainent conjointement une hélice respective en rotation, et selon un second mode dans lequel un moteur sert de générateur électrique pour alimenter un sous-ensemble respectif de l'ensemble d'équipements non-propulsifs et l'autre moteur entrainent l'hélice respective en rotation. 4 Dans cette configuration, l'ensemble d'équipements non-propulsifs comporte deux sous-ensembles qui sont respectivement alimentés par un moteur servant de générateur électrique, dans le second mode. L'invention concerne aussi un aéronef comportant un système de 5 propulsion électrique tel que précédemment présenté. L'invention concerne aussi un procédé de commande d'un système de propulsion électrique pour un aéronef, comportant au moins une hélice, un moteur électrique pour entrainer l'au moins une hélice en rotation, une source principale de puissance électrique pour alimenter le moteur électrique, l'aéronef comportant un 10 ensemble d'équipements non-propulsifs, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape selon laquelle le moteur électrique, comportant une pluralité de moteurs électriques, est commandé pour fonctionner selon un premier mode dans lequel la pluralité de moteurs électriques entrainent conjointement l'au moins une hélice 15 en rotation, et une étape selon laquelle le moteur électrique est commandé pour fonctionner selon un second mode dans lequel au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques sert de générateur électrique pour alimenter l'ensemble d'équipements non-propulsifs et au moins un des autres moteurs de la pluralité de 20 moteurs électriques entraine l'au moins une hélice en rotation. L'aéronef et le procédé présentent des avantages analogues à ceux précédemment présentés. Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon 25 l'invention sont mises en oeuvre par des instructions de programme d'ordinateur. En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. 5 Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. 5 L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de 10 stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble 15 électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention. 20 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles : 25 La figure 1 représente un système de propulsion électrique pour un aéronef, selon un premier mode de réalisation l'invention, La figure 2 représente un système de propulsion électrique pour un aéronef, selon un second mode de réalisation de l'invention, 6 La figure 3 représente un procédé de commande de système de propulsion électrique pour un aéronef, selon un mode de réalisation l'invention, La figure 4 représente un premier mode de fonctionnement du second mode de réalisation de système de propulsion électrique pour un aéronef selon 5 l'invention, La figure 5 représente un second mode de fonctionnement du second mode de réalisation de système de propulsion électrique pour un aéronef selon l'invention, La figure 6 représente un exemple de mission de vol de l'aéronef équipé 10 d'un système de propulsion électrique pour un aéronef, selon un mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans les figures et dans la description suivante, seuls les éléments utiles 15 à la compréhension de l'invention sont décrits et représentés. L'invention s'applique à la propulsion hybride ou purement électrique d'un aéronef. On rappelle que l'on désigne la propulsion hybride ou purement électrique d'un aéronef par « propulsion électrique ». Selon un mode de réalisation préféré, représenté de manière schématique à la figure 1, un système de propulsion électrique pour un aéronef comporte 20 une source de puissance 1 reliée électriquement à une pluralité de moteurs électriques comportant deux groupes de moteurs 2 et 3 via un circuit d'alimentation électrique principal. La source de puissance 1 peut être de différentes natures, par exemple un turbogénérateur ou une pile à combustible. 25 Le premier groupe de moteurs 2 comporte lui-même deux moteurs 2a et 2b. De même, le second groupe de moteurs 3 comporte deux moteurs 3a et 3b. Les deux moteurs 2a et 2b sont mécaniquement reliés à une hélice 4 pour pouvoir l'entrainer en rotation. Les deux moteurs 3a et 3b sont mécaniquement reliés à une hélice 5 pour pouvoir l'entrainer en rotation. 7 Le moteur 2b est relié à un premier circuit de distribution électrique lui-même relié à un stockeur d'énergie 8, par exemple une batterie, et un ensemble d'équipements non-propulsifs 10. Un organe de coupure 6 est interposé entre le moteur 2b et le premier circuit de distribution électrique. 5 Durant les phases de vol où la puissance maximale est requise pour la propulsion, le stockeur d'énergie 8 fournit de la puissance au moteur 2b ainsi qu'aux équipements non-propulsifs 10 via le premier circuit de distribution électrique. Durant les phases de vol où la puissance maximale n'est pas requise pour la propulsion, le moteur 2b est entrainé par le moteur 2a. Il est alors utilisé en 10 générateur électrique et fournit de la puissance aux équipements non-propulsifs 10 via le premier circuit de distribution électrique et recharge le stockeur d'énergie 8. De manière similaire, le moteur 3b est relié à un second circuit de distribution électrique lui-même relié à un stockeur d'énergie 9, par exemple une batterie, et un ensemble d'équipements non-propulsifs 11. Un organe de coupure 7 est 15 interposé entre le moteur 3b et le second circuit de distribution électrique. Durant les phases de vol où la puissance maximale est requise pour la propulsion, le stockeur d'énergie 9 fournit de la puissance au moteur 3b ainsi qu'aux équipements non-propulsifs 11 via le second circuit de distribution électrique. Durant les phases de vol où la puissance maximale n'est pas requise 20 pour la propulsion, le moteur 3b est entrainé par le moteur 3a. Il est alors utilisé en générateur électrique et fournit de la puissance aux équipements non-propulsifs 11 via le second circuit de distribution électrique et recharge le stockeur d'énergie 9. Les deux circuits de distribution électrique sont indépendants et isolés galvaniquement. Ils fournissent deux alimentations ségréguées aux équipements non- 25 propulsifs, qui sont ici répartis dans deux sous-ensembles 10 et 11 dont la réunion forme l'ensemble des équipements non-propulsifs. Les nombres de groupes de moteurs et de circuits d'alimentation électrique des équipements non-propulsifs de l'aéronef peuvent être différents de deux. De même, dans un groupe de moteurs donné, le nombre de moteurs peut être différent de deux. 8 Un module de gestion 13 gère le fonctionnement des différents éléments précédemment décrits pour assurer l'alimentation des équipements non-propulsifs de l'aéronef. Le module de gestion est adapté pour recevoir un ensemble d'informations, comportant notamment des états de ces éléments, par exemple le niveau 5 de charge des batteries, ainsi que des informations sur la phase de vol en cours, sur les commandes de vol de l'aéronef ainsi que des informations telles que l'altitude et la vitesse de l'aéronef. Le module de gestion 13 analyse les informations reçues et commande les modes de fonctionnement qui seront décrits dans la suite. Le module de gestion 13 a la structure d'un ordinateur et comporte 10 notamment un processeur 130, une mémoire 131, une interface d'entrée 132 et une interface de sortie 133. Ces différents éléments sont classiquement reliés par un bus 135. Le processeur 100 exécute un programme d'ordinateur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Ces traitements sont réalisés sous la forme 15 d'instructions de code du programme d'ordinateur qui sont mémorisées par la mémoire 101 avant d'être exécutées par le processeur 100. Les interfaces d'entrée 102 et de sortie 103 sont reliées aux différents éléments précédemment décrits. L'interface d'entrée 102 est destinée à recevoir les données utiles à la gestion de l'alimentation des équipements non-propulsifs de 20 l'aéronef. L'interface de sortie 103 délivre des données qui représentent des instructions de commandes des différents éléments précédemment décrits. La figure 2 représente de manière schématique un deuxième mode de 25 réalisation de l'invention, qui comporte tous les éléments du premier mode de réalisation de l'invention. Pour faciliter la compréhension, ces éléments reçoivent les mêmes références numériques qu'a la figure 1. Le deuxième mode de réalisation comporte en outre un stockeur d'énergie 12, par exemple une batterie, relié au circuit d'alimentation électrique principal 30 entre la source de puissance 1 et les moteurs. 9 Ce mode de réalisation comporte aussi une première liaison du circuit d'alimentation électrique principal au premier circuit de distribution électrique relié aux équipements non-propulsifs 10 de l'aéronef. La première liaison relie un point entre le stockeur d'énergie 12 et le moteur 2a et un point entre le moteur 2b et l'organe de 5 coupure 6. La première liaison comporte un organe de coupure 14. De manière similaire, ce mode de réalisation comporte aussi une seconde liaison du circuit d'alimentation électrique principal au second circuit de distribution électrique relié aux équipements non-propulsifs 11 de l'aéronef. La seconde liaison relie un point entre le stockeur d'énergie 12 et le moteur 3a et un point entre le 10 moteur 3b et l'organe de coupure 7. La seconde liaison comporte un organe de coupure 15. La figure 3 représente le procédé de commande du système de propulsion électrique pour alimenter les équipements non-propulsifs. Le procédé est mis 15 en oeuvre par le module de gestion 13. Le procédé comporte deux étapes El et E2 correspondant chacune à un mode de fonctionnement du système de propulsion électrique selon l'invention. A l'étape El, la pluralité de moteurs électriques est commandée pour fonctionner selon un premier mode dans lequel les moteurs de la pluralité de moteurs 20 électriques entrainent conjointement l'au moins une hélice en rotation. A l'étape E2, la pluralité de moteurs électriques est commandée pour fonctionner selon un second mode dans lequel au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques sert de générateur électrique pour alimenter l'ensemble d'équipements non-propulsifs et au moins un des autres moteurs de la pluralité de 25 moteurs électriques entraine l'au moins une hélice en rotation. Ces modes de fonctionnement sont décrits plus en détail en référence aux figures 4 et 5. Le passage d'une étape à l'autre, et donc d'un mode de fonctionnement à l'autre, dépend de l'ensemble d'informations reçues par le module de gestion 13. 30 10 La figure 4 représente le premier mode de fonctionnement du second mode de réalisation de système de propulsion électrique pour un aéronef selon l'invention. Le second mode de réalisation de système de propulsion électrique a plus particulièrement été représenté dans cette figure, mais ce mode de fonctionnement est 5 transposable au premier mode de réalisation. Dans ce mode de fonctionnement, les organes de coupures 6 et 7 sont ouverts, de sorte que les circuits de distribution électrique reliés aux équipements non propulsifs de l'aéronef sont chacun isolé du circuit d'alimentation électrique principal et des seconds moteurs 2b et 3b, respectivement. 10 Les équipements non-propulsifs sont alimentés pas les batteries 8 et 9. Les organes de coupures 14 et 15 sont fermés, de sorte que les seconds moteurs 2b et 3b sont alimentés par la source de puissance 1, de même que les premiers moteurs 2a et 3a. Ainsi, les moteurs 2a et 2b entrainent tous les deux l'hélice 4 en rotation. Par exemple, chacun des moteurs 2a et 2b fournit la moitié de la poussée. 15 D'autres répartitions de poussée sont possibles entre les moteurs 2a et 2b. De manière similaire, les moteurs 3a et 3b entrainent tous les deux l'hélice 5 en rotation. Par exemple, chacun des moteurs 3a et 3b fournit la moitié de la poussée. D'autres répartitions de poussée sont possibles entre les moteurs 3a et 3b. 20 La figure 5 représente un second mode de fonctionnement du second mode de réalisation de système de propulsion électrique pour un aéronef selon l'invention. Le second mode de réalisation de système de propulsion électrique a plus particulièrement été représenté dans cette figure, mais ce mode de fonctionnement est transposable au premier mode de réalisation. 25 Dans ce mode de fonctionnement, les organes de coupures 14 et 15 sont ouverts, de sorte que les seconds moteurs 2b et 3b ne sont pas alimentés par la source de puissance 1. Seuls les moteurs 2a et 3a sont alimentés par la source de puissance 1 et assurent l'entrainement en rotation des hélices 4 et 5, respectivement. Une fraction de 11 leur puissance est utilisée pour faire fonctionner les moteurs 2b et 3b respectivement en générateurs d'électricité. Par exemple, cette fraction est de 25%. Les organes de coupures 6 et 7 sont fermés. Les seconds moteurs 2b et 3b fonctionnent en générateurs d'électricité et alimentent les équipements non- 5 propulsifs de l'aéronef 10 et 11 et rechargent les batteries 8 et 9, respectivement. La figure 6 représente un exemple de mission de vol de l'aéronef dans laquelle les deux modes de fonctionnement du système de propulsion électrique précédemment présentés sont utilisés. La figure 6 représente des phases successives de 10 décollage 100, montée 200, croisière 300, descente 400 et atterrissage 500 de l'aéronef, en fonction du temps. En phases de décollage et de montée de l'aéronef, le premier mode de fonctionnement est utilisé. Ainsi, le maximum de puissance est fourni par tous les moteurs de l'aéronef pour la propulsion de celui-ci. 15 Pendant les phases de croisière, de descente et d'atterrissage de l'aéronef, c'est principalement le second mode de fonctionnement qui est utilisé. Ainsi, une partie de la puissance est utilisée pour les équipements non-propulsifs de l'aéronef. A la fin de la phase de descente, le premier mode de fonctionnement est utilisé à nouveau, de manière à disposer du maximum de puissance pour la propulsion 20 juste avant l'atterrissage de l'aéronef. REVENDICATIONS1. Système de propulsion électrique pour un aéronef, comportant au moins une hélice (4, 5), un moteur électrique pour entrainer l'au moins une hélice en rotation, une source principale (1) de puissance électrique pour alimenter le moteur électrique, l'aéronef comportant un ensemble d'équipements non-propulsifs (10, 11), caractérisé en ce que le moteur électrique comporte une pluralité de moteurs électriques (2a, 2b, 3a, 3b) qui sont commandables pour fonctionner selon un premier mode dans lequel la pluralité de moteurs électriques entrainent conjointement l'au moins une hélice en rotation, et selon un second mode dans lequel au moins un moteur (2b, 3b) de la pluralité de moteurs électriques sert de générateur électrique pour alimenter l'ensemble d'équipements non-propulsifs et au moins un des autres moteurs (2a, 3a) de la pluralité de moteurs électriques entraine l'hélice en rotation. 2. Système de propulsion électrique pour un aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le premier mode, l'ensemble d'équipements non-propulsifs (10, 11) est alimenté par un stockeur d'énergie (8, 9) et la pluralité de moteurs électriques (2a, 2b, 3a, 3b) est alimentée par la source principale de puissance électrique (1). 3. Système de propulsion électrique pour un aéronef selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le second mode, l'au moins un moteur (2b, 3b) de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique est déconnecté de la source principale de puissance électrique (1) et l'au moins un des autres moteurs (2a, 3a) de la pluralité de moteurs électriques est alimenté par la source principale de puissance électrique (1). 13 4. Système de propulsion électrique pour un aéronef selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le second mode, l'au moins un moteur (2b, 3b) de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique est adapté pour recharger le stockeur d'énergie (8, 9). 5 5. Système de propulsion électrique pour un aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un premier organe de coupure (6, 7) entre l'ensemble d'équipements non-propulsifs (10, 11) et l'au moins un moteur (2b, 3b) de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique, 10 adapté à isoler l'ensemble d'équipements non-propulsifs de l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique, dans le premier mode. 6. Système de propulsion électrique pour un aéronef selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un second organe de coupure (14, 15) 15 entre la source principale de puissance électrique (1) et l'au moins un moteur (2b, 3b) de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique, adapté à isoler la source principale de puissance électrique de l'au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques qui sert de générateur électrique, dans le second mode. 20 7. Système de propulsion électrique pour un aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte deux hélices et deux groupes de moteurs comportant chacun deux moteurs, chaque groupe de moteurs étant commandable pour fonctionner selon un premier mode dans lequel les deux moteurs entrainent conjointement une hélice respective en rotation, et selon un second 25 mode dans lequel un moteur sert de générateur électrique pour alimenter un sous- ensemble respectif de l'ensemble d'équipements non-propulsifs et l'autre moteur entrainent l'hélice respective en rotation. 8. Aéronef comportant un système de propulsion électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 14 9. Procédé de commande d'un système de propulsion électrique pour un aéronef, comportant au moins une hélice, un moteur électrique pour entrainer l'au moins une hélice en rotation, une source principale de puissance électrique pour 5 alimenter le moteur électrique, l'aéronef comportant un ensemble d'équipements non- propulsifs, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape (El) selon laquelle le moteur électrique, comportant une pluralité de moteurs électriques, est commandé pour fonctionner selon un premier mode 10 dans lequel la pluralité de moteurs électriques entrainent conjointement l'au moins une hélice en rotation, et une étape (E2) selon laquelle le moteur électrique est commandé pour fonctionner selon un second mode dans lequel au moins un moteur de la pluralité de moteurs électriques sert de générateur électrique pour alimenter l'ensemble 15 d'équipements non-propulsifs et au moins un des autres moteurs de la pluralité de moteurs électriques entraine l'au moins une hélice en rotation. 10. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon la revendication 9 lorsque ledit programme est 20 exécuté par un ordinateur. 11. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon la revendication 9.