Brevet FR3081150A1 — publié le 20191122

ARCHITECTURE DE PUISSANCE D'UN AÉRONEF 1. Domaine technique de l'invention L'invention concerne une architecture de puissance d'un aéronef. En particulier, l'invention concerne une architecture comprenant une turbine à gaz et une boite de transmission de puissance, par exemple une boite de transmission principale d'un hélicoptère ou d'un autre aéronef à voilure tournante (architecture turbomoteur), ou une boite de transmission d'un aéronef à voilure fixe à hélice (architecture turbopropulseur). 2. Arrière-plan technologique L'architecture de puissance d'un aéronef désigne l'architecture permettant la production d'une énergie propulsive de l'aéronef et sa transmission à l'élément propulseur via une boite de transmission de puissance, l'élément propulseur étant par exemple une voilure tournante ou une hélice. L'architecture de puissance comprend une turbine à gaz permettant la production de cette énergie propulsive transmise à la boite de transmission de puissance, qui se sert de cette puissance pour faire tourner l'élément propulseur via un rotor. L'installation de la turbine à gaz dans l'aéronef répond à une multitude de contraintes, notamment en termes d'encombrement et de maintien de la turbine à gaz en place dans l'aéronef. Traditionnellement, les turbines à gaz sont attachées au moins à un plancher mécanique d'un compartiment moteur de l'aéronef, et de préférence attachées aussi à la boite de transmission de puissance puisque l'objectif est de transmettre l'énergie générée par la turbine à gaz à cette boite de transmission de puissance. Pour gérer les déplacements relatifs de la turbine à gaz par rapport à la boite de transmission de puissance, les attaches sont complexifiées par l'ajout de bielles, cardans, rotules, et système de récupération de désalignement qui augmentent la masse de l'architecture. Pour réduire la niasse et limiter la complexité de l'attache, il a été proposé comme solution d'encastrer directement la turbine à gaz à la boite de transmission de 2 puissance via l'arbre de puissance de la turbine libre de la turbine à gaz et d'ajouter des systèmes de maintien entre la turbine à gaz et la boite de transmission de puissance. Il n'est ainsi plus nécessaire de gérer les désalignements entre la turbine à gaz et la boite de transmission de puissance. 5 Toutefois, dans cette configuration, la turbine à gaz n'est tenue en place qu'au niveau d'une de ces extrémités. L'autre extrémité est ainsi en porte-à-faux et un surplus de masse peut entrainer de fortes contraintes mécaniques au niveau de la liaison avec la boite de transmission principale. En particulier, certains équipements liés à la turbine à gaz, par exemple des pompes à huile, pompe à carburant, groupe de refroidissement, 10 dégazeur, alternateur, etc., ainsi que le démarreur/générateur de la turbine à gaz, ou des équipements externes sont tous reliés à une boite dite boite accessoire, récupérant une partie de l'énergie générée par la turbine à gaz. Cette boite accessoire et tous ces équipements sont fixés autour de la turbine à gaz pour bénéficier de son énergie produite, et représentent une masse importante dans cette configuration en porte-à- 15 faux. Les inventeurs ont donc cherché une solution à ces inconvénients. 3. Objectifs de l'invention L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des architectures de puissance connues. 20 En particulier, l'invention vise à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une architecture de puissance permettant de réduire la masse en porte-à-faux dans les configurations où la turbine à gaz est solidaire de la boite de transmission de puissance. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une 25 architecture de puissance à masse et complexité réduite. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, une architecture de puissance pouvant bénéficier de l'assistance d'un réseau de bord de l'aéronef. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de 30 l'invention, une architecture de puissance permettant de réduire les contraintes appliquées à la boite accessoire. 3 4. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne une architecture de puissance d'un aéronef, comprenant : - une boite de transmission de puissance, disposée dans un premier 5 compartiment, et configurée pour transmettre une énergie mécanique à un rotor, - une turbine à gaz, disposée dans un deuxième compartiment séparé du premier compartiment par une cloison, comprenant un générateur de gaz et une turbine libre reliée à la boite de transmission de puissance 10 par un arbre de puissance de la turbine à gaz, - une boite accessoire, configurée pour alimenter en énergie des équipements accessoires en prélevant une partie de l'énergie produite par le générateur de gaz, la turbine à gaz étant attachée dans l'aéronef via l'arbre de puissance encastré 15 dans la boite de transmission principale et via un système de maintien reliant la turbine à gaz à la boite de transmission principale, caractérisée en ce que : - la turbine à gaz comprend une première machine électrique configurée pour prélever une partie de l'énergie produite par le générateur de gaz 20 et la convertir en énergie électrique lorsque la turbine à gaz est en marche, - la boite accessoire est disposée dans le premier compartiment et comprend une deuxième machine électrique configurée pour fournir de l'énergie aux équipements accessoires et pour recevoir de l'énergie 25 électrique transmise par le démarreur/générateur lorsque la turbine à gaz est en marche. Une architecture de puissance selon l'invention permet donc de réduire la masse en porte-à-faux de la turbine à gaz par déplacement de la boite accessoire de la 30 turbine à gaz à un autre endroit, à l'occurrence dans un autre compartiment. Pour faire en sorte que la boite accessoire fonctionne toujours grâce à une 4 partie de l'énergie générée par la turbine à gaz, une première machine électrique par exemple un démarreur/générateur, est installée sur la turbine à gaz et lorsque celle-ci est en fonctionnement, la première machine électrique fonctionne en mode générateur et permet d'alimenter la boite accessoire. 5 Cette configuration est permise grâce à l'amélioration des performances des équipements électriques comme un démarreur/générateur, notamment la réduction de la masse des équipements électriques par rapport à la puissance produite (dans le cas d'un générateur) ou consommée (dans le cas d'un moteur électrique). Le déplacement de la boite accessoire dans le premier compartiment entraine 10 d'autres avantages. Le deuxième compartiment comprenant la turbine à gaz est considéré comme une « zone chaude » de l'aéronef, car les températures qui y règnent sont élevées du fait du fonctionnement de la turbine à gaz, alors que le premier compartiment est considéré comme une REVENDICATIONS1. Architecture de puissance d'un aéronef, comprenant : - une boite (12) de transmission de puissance, disposée dans un premier compartiment (30), et configurée pour transmettre une énergie mécanique à un rotor (13), - une turbine (14) à gaz, disposée dans un deuxième compartiment (32) séparé du premier compartiment (30) par une cloison (34), comprenant un générateur (18) de gaz et une turbine (22) libre reliée à la boite (12) de transmission de puissance par un arbre (26) de puissance de la turbine (14) à gaz, - une boite (16) accessoire, configurée pour alimenter en énergie des équipements accessoires en prélevant une partie de l'énergie produite par le générateur (18) de gaz, la turbine (14) à gaz étant attachée dans l'aéronef via l'arbre (26) de puissance encastré dans la boite (12) de transmission principale et via un système (36) de maintien reliant la turbine (14) à gaz à la boite (12) de transmission principale, caractérisée en ce que : - la turbine (14) à gaz comprend une première machine électrique (38) configurée pour prélever une partie de l'énergie produite par le générateur (18) de gaz et la convertir en énergie électrique lorsque la turbine (14) à gaz est en marche, - la boite (16) accessoire est disposée dans le premier compartiment (30) et comprend une deuxième machine électrique (42) configurée pour fournir de l'énergie aux équipements accessoires et pour recevoir de l'énergie électrique transmise par la première machine électrique (38) lorsque la turbine (14) à gaz est en marche. 2. Architecture de puissance selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor (13) supporte une voilure tournante ou une hélice. 13 3. Architecture de puissance selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la première machine électrique (38) est également configurée pour démarrer le générateur (18) de gaz lorsque la turbine (14) à gaz est éteinte ou en veille. 5 4. Architecture de puissance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première machine électrique (38) et la deuxième machine électrique (42) sont des machines électriques sans balais et configurées pour fonctionner à une vitesse nominale supérieure à 50000 tours par minute. 10 5. Architecture de puissance selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les équipements accessoires comprennent une pompe à carburant et une pompe à huile de la turbine à gaz, lesdites pompes étant disposées dans le deuxième compartiment. 15 6. Architecture de puissance selon la revendication 5, caractérisée en ce que la pompe à carburant et la pompe à huile de la turbine à gaz sont électriques et alimentées par une énergie électrique fournie par la boite (16) accessoire. 7. Architecture de puissance selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en 20 ce que la première machine électrique (38) et la deuxième machine électrique (42) sont configurées pour recevoir ou fournir de l'énergie électrique à un réseau (48) de bord électrique de l'aéronef. 8. Architecture de puissance selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en 25 ce que le générateur (18) de gaz comprend une turbine haute pression directement reliée à la turbine libre. 9. Architecture de puissance selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la boite (12) de transmission de puissance comprend des éléments (28) de 30 transmission comportant des engrenages coniques. 14 10. Aéronef, comprenant un rotor connecté à une voilure tournante ou une hélice, caractérisé en ce que le rotor est entrainé en rotation par une architecture de puissance selon l'une des revendications 1 à 9. 5 11. Aéronef selon la revendication 10, caractérisé en ce que la turbine (14) à gaz est orientée avec un angle quelconque par rapport à l'axe de rotation de la voilure tournante ou de l'hélice.