Brevet FR3111331A1 — publié le 20211217

Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que en amont la chaîne de puissance comprend un étage d’alimentation avec des batteries (12), des panneaux photovoltaïques (14) et une génératrice électrique (11) dont le flux est régulé par des régulateurs gauche et droite (26, 29) qui pilote un nœud de bus en étoile (28) qui alimente en aval un étage de propulsion avec une électronique de commande de puissance gauche et droite (31, 34) qui alimente un premier moteur (41) et un second moteur (44) montés sur l’arbre de l’hélice (50) de l’avion, le pilote de l’avion active par une action sur son tableau de bord les commandes de régulateur (36, 39) pour donner la main à un des deux régulateurs dont l’électronique embarquée pilotera le flux respectif entrant et/ou sortant des composants de l’étage d’alimentation en fonction des paramètres de vol. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Chaîne de puissance électrique à double alimentation hybride pour avion mono-hélice La présente invention concerne une chaîne de puissance électrique à alimentation hybride pour avion mono-hélice. Par chaîne de puissance, il s’entend l’ensemble des composants qui fournissent ou transmettent de la puissance à l’hélice. Par alimentation hybride, il s’entend une combinaison particulière de sources d’énergie qui vont fournir de la puissance à la chaîne de puissance. Par avion mono-hélice, il s’entend d’un avion destiné à transporter un nombre de passagers entre un et six passagers selon les configurations. Plus particulièrement l’invention propose comme alimentation hybride une combinaison d’alimentation par 1- panneaux photovoltaïques 2 – batteries électriques 3 – Moteur à combustion alimentant une génératrice électrique. L’alimentation du moteur à combustion étant préférentiellement réalisée en huile végétale avec un dopage à l’hydrogène. La chaîne de puissance est redondante pour donner la sécurité nécessaire aux passagers. La chaîne de puissance est pensée pour limiter les pertes de puissance et pour distribuer la puissance de façon optimisée selon les différentes phases de vol. Nous sommes au début de l’aventure des avions électriques, et aucune autre invention ne travaille de chaîne de puissance pour alimentation hybride pour avion mono-hélice. L’invention est pionnière dans la proposition de conjuguer certaines alimentations et notamment des alimentations à caractère renouvelable. Cela implique une chaîne de puissance bien particulière, tant par le choix de ses composants que par le choix de son architecture. L’ensemble des caractéristiques techniques de l’invention, ultérieurement décrite forme une combinaison innovante qui ne se retrouve nulle part dans l’art antérieur. Un objet principal de l’invention est de proposer une chaîne de puissance qui conjugue deux qualités essentielles 1 - Une sécurité optimum avec notamment redondance des composants clés 2 – Un rendement de puissance optimum afin de permettre de maximiser le temps de vol et d’augmenter la charge utile transportée. Un objet de l’invention est de proposer un avion qui soit industrialisable et qui puisse être fabriqué en série. Typiquement une gamme d’avion mono-hélice 1 à 6 places pourrait être développée en série avec la présente invention. Un objet de l’invention est de proposer une centrale de commande au pilote qui permette avec la plus grande des sécurités d’alterner le fonctionnement de la chaîne de puissance si jamais un des composants faisait défaut et de fonctionner automatiquement et/ou manuellement sur son composant redondant. Dans un aspect principal l’invention conjugue aux choix de composant, et à l’architecture une électronique embarquée de commande qui permet de piloter avec une sécurité totale à la fois les différentes configurations de panne et une optimisation du rendement de la chaîne de puissance en routant les flux de puissance en fonction des différents paramètres de vol et/ ou de stationnement en temps réel. Une particularité principale de l’invention étant de proposer une double hybridation d’alimentation à savoir au moins trois sources d’énergie différentes à conjuguer et faire cohabiter selon toutes les étapes de vie, pour apporter la puissance nécessaire aux moteurs en proposant une sécurité optimale qui n’est pas mise en danger par cet ajout d’apport de source d’énergie. En effet, aucune solution de l’art antérieur n’apporte de solution à double hybridation, qui a l’avantage d’être optimale pour la préservation des ressources naturelles, dans une optique écologique et de développement durable. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la figure annexée sur laquelle représente un schéma complet de la chaîne de puissance. représente un schéma complet de la chaîne de puissance qui d’un point de vue logique comprend cinq étages. Un premier étage est celui de l’énergie apportée. Cette énergie est ensuite convertie dans un second étage dans le circuit de puissance en énergie électrique. Cette énergie peut être le soleil qui alimente les panneaux photovoltaïques (14), l’énergie électrique qui alimente les batteries (12) pour leur faire stocker de l’énergie, ou un moteur thermique (01) qui alimente une génératrice électrique (11). Pour le cas des batteries (12), elles sont préférentiellement au nombre de deux. Elles sont alimentées avant le vol au niveau du hangar et sur le parking extérieur par l’énergie solaire. Pendant le vol, décollage, croisière ou en descente légère, elles sont alimentées par les panneaux photovoltaïques (14) et la génératrice électrique. Les paramètres de seuil de mise en sécurité sont paramétrables au niveau de l’électronique embarqué. Les batteries (12) peuvent elles-mêmes également alimenter le circuit. On comprend donc qu’elles agissent comme un tampon qui peut soit stocker de l’énergie, soit la restituer. L’ensemble du flux de répartition d’appel ou de distribution de courant est ensuite régulé sur un troisième étage au moyen de régulateurs (26, 29). A savoir un premier régulateur dit gauche (26) et un second régulateur dit droit (29). Les régulateurs sont redondants et sont mis en action par le pilote au moyen de commandes dédiées respectives (36, 39). Les régulateurs comportent un logiciel embarqué qui gère la répartition des flux d’énergie en fonction des conditions de vol. A savoir ces flux convergent tous vers un bus dit en étoile qui permet sur un nœud (28) de router selon la demande les flux. D’un côté, sur le second étage les producteurs d’énergie que sont les batteries (12), le panneau photovoltaïque (14) et la génératrice électrique (11), au-delà de ce nœud (28) du bus en étoile, sur le quatrième étage on trouve les deux électroniques de commande de puissance moteur (31, 34) avec une première électronique de commande de puissance dite gauche (31) qui pilote un premier moteur d’hélice (41) et une seconde électronique de commande de puissance dite droite (34) qui alimente un second moteur d’hélice (44). Pour son pilotage, le pilote dispose de leviers de puissance moteur (37, 38) qui agissent sur les paramètres d’entrée des électroniques de puissance moteur (31, 34). En bref, les leviers de puissance moteur (37,38) permettent selon l’expression consacrée de mettre les gaz, en l’occurrence, pour la présente de régler l’envoi de puissance électrique dans les moteurs électriques (41, 44). Sous une forme particulière les deux leviers (37, 38) sont reliés par une clavette mécanique qui permet ou pas d’actionner les deux leviers en même temps ; L’actionnement ou pas des moteurs se faisant par le biais soit des commandes de régulateur (36, 39), soit par un autre moyen dédié. L’actionnement des moteurs électriques de traction s’effectue uniquement par les leviers de puissance (37, 38). Les deux moteurs (41, 44) sont montés en série sur un arbre pour entraîner l’hélice (50). Par des moyens connus, un moteur prend la main sur l’autre avec une commande de l’opérateur qui active un des deux moteurs. Cette solution est une solution de redondance sur une pièce critique et permet de prendre le relais avec le second moteur si le premier tombait en panne. A noter plusieurs autres composants essentiels sont redondants dont les batteries (12) et les régulateurs (26, 29). Dans une variante de l’invention, la présente peut s’appliquer à une version bi moteur à double hélice, à savoir soit selon deux axes motorisés différents, une hélice sur chacune des ailes ou dans le même axe, une hélice à l’avant du fuselage et une hélice à l’arrière du fuselage. Dans une autre variante de l’invention, la production série de l’avion pourra fonctionner avec du carburant classique, gasoil, essence, kérosène, ou une essence aviation. La présente invention concerne donc une chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que en amont la chaîne de puissance comprend un étage d’alimentation avec des batteries (12), des panneaux photovoltaïques (14) et une génératrice électrique (11) dont le flux est régulé par des régulateurs gauche et droite (26, 29) qui pilote un nœud de bus en étoile (28) qui alimente en aval un étage de propulsion avec une électronique de commande de puissance gauche et droite (31, 34) qui alimente un premier moteur (41) et un second moteur (44) montés sur l’arbre de l’hélice (50) de l’avion, le pilote de l’avion active par une action sur son tableau de bord les commandes de régulateur (36, 39) pour donner la main à un des deux régulateurs dont l’électronique embarquée pilotera le flux respectif entrant et/ou sortant des composants de l’étage d’alimentation en fonction des paramètres de vol. La présente invention concerne donc une chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que la génératrice électrique (11) est alimentée par un moteur à combustion (01) alimenté avec un combustible d’huile végétale additionné d’un dopage à l’hydrogène Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice caractérisé en ce que les deux leviers de puissance moteur (37, 38) sont reliés par une clavette mécanique qui permet d’actionner les deux leviers en même temps avec l’action sur un seul de des deux leviers. Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice (50) caractérisé en ce que en amont la chaîne de puissance comprend un étage d’alimentation avec des batteries (12), des panneaux photovoltaïques (14) et une génératrice électrique (11) dont le flux est régulé par des régulateurs gauche et droite (26, 29) qui pilote un nœud de bus en étoile (28) qui alimente en aval un étage de propulsion avec une électronique de commande de puissance gauche et droite (31, 34) qui alimente un premier moteur (41) et un second moteur (44) montés sur l’arbre de l’hélice (50) de l’avion, le pilote de l’avion active par une action sur son tableau de bord les commandes de régulateur (36, 39) pour donner la main à un des deux régulateurs dont l’électronique embarquée pilotera le flux respectif entrant et/ou sortant des composants de l’étage d’alimentation en fonction des paramètres de vol. Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice selon la revendication 1 caractérisé en ce que la génératrice électrique (11) est alimentée par un moteur à combustion (01) alimenté avec un carburant ou bio-carburant additionné d’un dopage à l’hydrogène. Chaîne de puissance à alimentation électrique pour avion mono-hélice selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux leviers de puissance moteur (37, 38) sont reliés par une clavette mécanique qui permet d’actionner les deux leviers en même temps avec l’action sur un seul de des deux leviers.