Brevet FR3102243A1 — publié le 20210423

L'invention concerne un banc d'essai (10) pour un élément propulsif (12) générant une poussée, le banc d'essai (10) comportant une conduite (14) dans laquelle l'élément propulsif (12) est destiné à être disposé, et des sources d'énergie, un flux de gaz circulant dans la conduite (14) selon un sens d'amont en aval, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de courant (32) qui est agencé en aval de l'élément propulsif (12) et qui est entrainé par des gaz éjectés de l'élément propulsif (12) produisant la poussée, ledit générateur de courant produisant de l'énergie électrique alimentant le banc d'essai (10) et l'élément propulsif (12). Figure pour l’abrégé : Figure 1 Banc d’essai auto alimenté en électricité L'invention concerne un banc d'essai pour turbomachines, notamment pour des turbomachines d'aéronef qui comporte des moyens permettant son alimentation en énergie électrique par lui-même. Etat de la technique antérieure Un banc d'essai pour un élément propulsif d'aéronef, tel que par exemple un turboréacteur d'aéronef, est utilisé lors de phases d'avant-projet, de développement, de certification de l'élément propulsif ou, après certification, à chaque sortie d'un turboréacteur du site de production. Le banc d'essai est construit pour supporter les contraintes mécaniques importantes résultant de la poussée produite par l'élément propulsif. Ces contraintes peuvent être de durée relativement courte, ou bien s'étendre sur une durée importante, pouvant par exemple se compter en années, pour des essais d'endurance ou de vieillissement. Le banc d'essai comporte des moyens d'alimentation de l'élément propulsif de tout ce qu'il peut nécessiter, comme par exemple l'alimentation en carburant, en lubrifiant ou en électricité. L'énergie électrique du banc permet en outre d'alimenter un grand nombre d'appareils, notamment des appareils de mesure. L'invention a pour but de réduire l'empreinte carbone du banc d'essai en lui procurant une source d'électricité qui lui est propre. L'invention propose un banc d'essai pour un élément propulsif générant une poussée, le banc d'essai comportant une conduite dans laquelle l'élément propulsif est destiné à être disposé, et des sources d'énergie, un flux de gaz circulant dans la conduite selon un sens d'amont en aval, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de courant qui est agencé en aval de l'élément propulsif et qui est entrainé par des gaz éjectés de l'élément propulsif produisant la poussée, ledit générateur de courant produisant de l'énergie électrique alimentant le banc d'essai et l'élément propulsif. Cette solution permet d’utiliser la poussée développée par les moteurs et qui n’est pas utilisée dans le but d’autoalimenter le banc. De préférence, le générateur de courant comporte au moins un rotor muni de pales et au moins une génératrice entrainée par ledit au moins un rotor. De préférence, le banc d'essai comporte une vanne de décharge agencée en amont du générateur de courant. De préférence, le banc d'essai comporte des moyens de régulation du débit de gaz entrainant le générateur de courant. De préférence, les moyens de régulation du débit consistent en une évacuation de gaz vers l'extérieur de la conduite qui est à section variable. De préférence, le banc d'essai comporte un dispositif de concentration du flux de gaz alimentant le générateur de courant qui est à section variable. De préférence, le banc d'essai comporte des moyens d'accumulation d'électricité qui sont alimentés par le générateur de courant. De préférence, le banc d'essai comporte un filtre à débris disposé en aval de l'élément propulsif et en amont du générateur de courant. De préférence, le banc d'essai comporte un circuit de contournement du filtre apte à être ouvert ou fermé de manière contrôlée. est une représentation schématique en section axiale d'un banc d'essai pour élément propulsif réalisé selon l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers On a représenté à la figure unique un banc d'essai 10 destiné à la mise au point d'un élément propulsif 12, qui est ici une turbomachine d'aéronef. Le banc d'essai 10 comporte une conduite 14 dans laquelle l'élément propulsif 12 et une pluralité de composants sont disposés. Un flux d'air et de gaz circule dans cette conduite 14 d'amont en aval, qui est ici la direction de la gauche vers la droite. Ici, la conduite 14 est en forme de U. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à cette configuration de la conduite 14, qui peut, à titre d'exemples non limitatifs, être rectiligne ou en forme de L. De manière conventionnelle, le banc d'essai comporte, disposés dans la conduite selon une disposition d'amont en aval un ensemble acoustique 18, un écran 20 destiné à redresser le flux d'air admis, l'élément propulsif 12, un augmenteur de poussée 22, un système d'échappement 24 et un filtre à débris 26. D'autres composants du banc d'essai 10 ne sont pas représentés. Ainsi, le banc d'essai 10 comporte par exemple un système de commande et de contrôle, permettant de commander et surveiller les paramètres de fonctionnement de l'élément propulsif 12, il comporte des sources en énergie, c'est à dire en énergie électrique ou en carburant et il comporte aussi des moyens d'alimentation de l'élément propulsif 12 en liquide de refroidissement et en lubrifiant. L'élément propulsif 12 est relié à une paroi 28 de la conduite 14 par un support 30 qui permet d'ajuster la position de l'élément propulsif dans l'axe de la conduite et le long de cet axe de la conduite 14. Le support 30 comporte aussi des moyens non représentés permettant de raccorder l'élément propulsif aux autres composants du banc d'essai, tels que le système de commande et de contrôle, les sources en énergie et les moyens d'alimentation en liquide de refroidissement et en lubrifiant. Lors de la mise en œuvre d'un essai de l'élément propulsif 12, l'élément propulsif met en mouvement un flux d'air et de gaz dans la conduite 14 selon un écoulement d'amont vers l'aval. En amont de l'élément propulsif 12, de l'air frais est aspiré par une ouverture à l'extrémité amont de la conduite 14. Une partie de cet air frais traverse l'élément propulsif 12 pour participer à la combustion de carburant et produire de la poussée. En aval de l'élément propulsif 12, l'air est mélangé aux gaz de combustion chauds et circule à une vitesse élevée dans la conduite 14, qui est supérieure à la vitesse d'écoulement de l'air en amont de l'élément propulsif 12. Ce mélange air/gaz de combustion est ensuite rejeté à l'extérieur de la conduite 14. Les fluides alimentant l'élément propulsif sont stockés dans des réservoirs appropriés (non représentés) disposés à l'extérieur de la conduite 14. Le banc d'essai 10 comporte un générateur de courant 32 qui est agencé en aval de l'élément propulsif 12 et qui est entrainé par le flux de gaz circulant en aval l'élément propulsif 12, c’est-à-dire par le mélange d'air et de gaz de combustion produisant la poussée. Le générateur de courant 32 constitue ainsi une source d'énergie électrique du banc d'essai 10, qui est apte à alimenter l'élément propulsif 12 et d'autres composants du banc d'essai 10. L'énergie de cette poussée produite par l'élément propulsif 12 est ainsi utilisée pour produire de l'électricité alimentant les différents appareils du banc d'essai 10. Dans un banc d'essai 10 conventionnel, cette poussée n'aurait pas été utilisée, le flux de gaz étant simplement rejeté de la conduite 14. Ainsi, le banc d'essai 10 n'a quasiment pas besoin de source d'électricité externe, ce qui permet de réduire les couts d'exploitation du banc d'essai et aussi de réduire l'empreinte écologique globale du banc d'essai car il n'y a pas d'énergie consommée pour produire cette électricité. Une source externe en électricité peut être ajoutée au banc d'essai pour, par exemple permettre ponctuellement le démarrage du système. Le générateur de courant 32 comporte une génératrice 34 qui est apte à produire le courant électrique et un rotor 36 muni de pales 38 qui entraine la génératrice. Le générateur de courant 32 est ainsi un aérogénérateur, c’est-à-dire un composant transformant l'énergie cinétique du flux de gaz en électricité. La poussée du flux de gaz circulant en aval de l'élément propulsif 12 s'exerce au moins en partie sur les pales 38 du rotor 36 provoquant la rotation du rotor 36 et entrainant ainsi la génératrice 34. Selon le mode de réalisation représenté à la figure unique, le générateur de courant 32 comporte une seule génératrice 34 et un seul rotor 36. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et que le générateur de courant 32 peut comporter plusieurs génératrices et/ou plusieurs rotors 36. Aussi, les dimensions et propriétés de chaque génératrice 34 et de chaque rotor 36 sont déterminées en fonction de la quantité d'électricité que le générateur de courant 32 est destiné à produire. Le banc d'essai 10 comporte aussi des accumulateurs d'électricité (non représentés) qui sont alimentés par le générateur de courant 32. Ces accumulateurs permettent d'alimenter les divers composants du banc d'essai 10 lorsque l'élément propulsif 12 ne génère pas de poussée et donc lorsque le générateur de courant 32 n'est pas entrainé. Pour protéger les pales 38 du rotor contre tout choc, le générateur de courant 32 est disposé en aval du filtre à débris 26. Le filtre à débris 26 permet de récupérer et de bloquer tout type de débris pouvant être propulsé et susceptible d’endommager le générateur de courant 32. Il peut consister en une grille ou en tout autre système permettant le filtrage de débris. Le filtre à débris 26 permet aussi de retenir le générateur de courant 32 lors d'une chute de celui-ci, lorsque la conduite 14 est en forme de U, avec les branches du U ayant une orientation verticale. La conduite 14 comporte un circuit de contournement 40, contournant le filtre à débris 26, qui est apte à être ouvert ou fermé de manière contrôlée. L'ouverture ou la fermeture du circuit de contournement 40 est par exemple effectuée en actionnant des portes coulissantes ou un clapet (non représentés). Par exemple le circuit de contournement 40 est ouvert lors d'opérations de maintenance sur le filtre à débris 26, notamment lorsque celui-ci est bouché par les débris accumulés. La conduite 14 comporte aussi une vanne de décharge 42 qui est agencée en amont du générateur de courant 32, et de préférence ici en amont du filtre à débris 26. Cette vanne de décharge permet d'évacuer une partie du flux d'air en dehors de la conduite 14 avant qu'il n'atteigne le générateur de courant 32. Cela permet de gérer le flux de gaz alimentant le générateur de courant 32, afin de protéger le générateur de courant 32. Cette vanne de décharge 42 peut être à porte coulissante, à grille ou consister en tout autre type de dispositif permettant l’évacuation d'une partie du flux d'air. Pour contrôler encore plus le flux de gaz alimentant le générateur de courant 32, le banc d'essai 10 comporte un dispositif de concentration du flux de gaz alimentant le générateur de courant. Ce dispositif de concentration est par exemple du type à section variable, comme par exemple un iris ou une buse à zone variable. Banc d'essai (10) pour un élément propulsif (12) générant une poussée, le banc d'essai (10) comportant une conduite (14) dans laquelle l'élément propulsif (12) est destiné à être disposé, et des sources d'énergie, un flux de gaz circulant dans la conduite (14) selon un sens d'amont en aval, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de courant (32) qui est agencé en aval de l'élément propulsif (12) et qui est entrainé par des gaz éjectés de l'élément propulsif (12) produisant la poussée, ledit générateur de courant (32) produisant de l'énergie électrique alimentant le banc d'essai (10) et l'élément propulsif (12). Banc d'essai (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le générateur de courant (32) comporte au moins un rotor (36) muni de pales (38) et au moins une génératrice (34) entrainée par ledit au moins un rotor (36). Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le banc d'essai (10) comporte une vanne de décharge agencée en amont du générateur de courant (32). Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le banc d'essai (10) comporte des moyens de régulation du débit de gaz entrainant le générateur de courant (32). Banc d'essai (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de régulation du débit consistent en une évacuation de gaz vers l'extérieur de la conduite (14) qui est à section variable. Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le banc d'essai (10) comporte un dispositif de concentration du flux de gaz alimentant le générateur de courant (32) qui est à section variable. Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le banc d'essai (10) comporte des moyens d'accumulation d'électricité qui sont alimentés par le générateur de courant (32). Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le banc d'essai (10) comporte un filtre à débris (26) disposé en aval de l'élément propulsif (12) et en amont du générateur de courant (32). Banc d'essai (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le banc d'essai (10) comporte un circuit de contournement (40) du filtre (26), qui est apte à être ouvert ou fermé de manière contrôlée.