Brevet FR3104136A1 — publié le 20210611

Système de propulsion d’un aéronef. Le système de propulsion (S) d’un aéronef (1) comprend : - une hélice de propulsion (F) et un moteur principal (M) d’entraînement de l’hélice de propulsion ; - un moteur de secours (14) prévu pour être commandé selon un état désactivé ou selon un état activé, comprenant une source de gaz pressurisé (15) et une turbine (18) reliée à la source de gaz pressurisé (15) ; - un embrayage (19) conformé pour permettre un entraînement de l’hélice de propulsion (F) par le moteur de secours (14) ; et - un contrôleur (10) configuré pour surveiller le fonctionnement du moteur principal (M), pour commander le moteur de secours (14) selon son état désactivé en cas d’absence de défaillance du moteur principal et pour commander le moteur de secours selon son état activé en cas de défaillance du moteur principal. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Système de propulsion d’un aéronef. L’invention est relative au domaine de la propulsion des aéronefs. Elle s’applique en particulier, bien que non obligatoirement, à la propulsion électrique d’un aéronef. Un aéronef à propulsion électrique comporte un ou plusieurs moteurs électriques alimentés par une source d’énergie électrique. Un tel aéronef peut par exemple correspondre à un aéronef à décollage et atterrissage vertical, dit de type VTOL (« Vertical Take Off and Landing » en anglais). Un exemple d’un tel aéronef est illustré par la figure 1. L’aéronef 1 comprend un fuselage 2, ainsi qu’un ensemble de moteurs M1 … M4 reliés au fuselage par des bras. Ces moteurs entraînent respectivement en rotation des hélices F1 … F4 prévues pour permettre la sustentation de l’aéronef, ainsi que ses déplacements. Dans l’hypothèse où une défaillance d’un des moteurs électriques M1 … M4 interviendrait pendant que l’aéronef est en vol, l’aéronef deviendrait difficilement manœuvrable. Il est connu d’augmenter le nombre de moteurs de l’aéronef de façon à ce que l’aéronef reste manœuvrable même en cas de panne d’un des moteurs. Ainsi, dans le cas de l’aéronef illustré sur la figure 1, il est possible de prévoir une redondance de chacun des moteurs, l’aéronef étant alors pourvu de 2 moteurs à chaque bras. Toutefois, une telle solution présente l’inconvénient d’augmenter la masse et l’encombrement de l’aéronef. La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne un système de propulsion d’un aéronef comprenant une hélice de propulsion et un moteur principal d’entraînement de l’hélice de propulsion. Ce système de propulsion est remarquable en ce qu’il comprend en outre : - un moteur de secours prévu pour être commandé selon un état désactivé ou selon un état activé, ledit moteur de secours comprenant une source de gaz pressurisé et une turbine reliée à la source de gaz pressurisé ; - un embrayage conformé pour permettre un entraînement de l’hélice de propulsion par le moteur de secours, lorsque le moteur de secours est commandé selon son état activé ; et - un contrôleur configuré pour surveiller le fonctionnement du moteur principal, pour commander le moteur de secours selon son état désactivé en cas d’absence de défaillance du moteur principal et pour commander le moteur de secours selon son état activé en cas de défaillance du moteur principal. Ainsi, en cas de défaillance d’un moteur principal, le moteur de secours associé à ce moteur principal est activé. Cela permet de garantir la manœuvrabilité de l’aéronef lors d’une telle défaillance d’un moteur principal, de façon à garantir un atterrissage de l’aéronef sans risque dû à cette défaillance. De plus, le moteur de secours présente l’avantage d’être compact et léger. Selon différents modes de réalisation pouvant être pris isolément ou en combinaison : - l’embrayage est couplé à la turbine. - le moteur de secours est conformé de telle façon que lorsque ledit moteur de secours est commandé selon son état désactivé, la turbine ne reçoit pas de gaz de la source de gaz pressurisé et, lorsque ledit moteur de secours est commandé selon son état activé, la turbine reçoit un débit de gaz pressurisé issu de la source de gaz pressurisé, de façon à entraîner une rotation de la turbine et de l’embrayage pour permettre l’entraînement de l’hélice de propulsion. - la source de gaz pressurisé correspond à un réservoir de gaz pressurisé et le moteur de secours comprend une électrovanne dont l’activation entraîne la libération d’un débit de gaz pressurisé vers la turbine, l’activation de l’électrovanne étant commandée lorsque le moteur de secours est commandé selon son état activé. - la source de gaz pressurisé comprend une chambre de combustion et un moyen d’ignition configuré pour être commandé par le contrôleur. - le moteur de secours comprend un dispositif anti surpression sur une liaison entre la source de gaz pressurisé et la turbine. - l’embrayage est de type centrifuge. - l’embrayage est de type électromagnétique, commandé par le contrôleur. L’invention est également relative à un aéronef comprenant un tel système de propulsion. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures annexées. La figure 1, déjà décrite, est une vue en perspective d’un aéronef. La figure 2 illustre de façon schématique un système de propulsion d’un aéronef, conforme à un mode de réalisation de l’invention. La figure 3 illustre de façon schématique un premier mode de réalisation d’un moteur de secours du système de propulsion. La figure 4 illustre de façon schématique un deuxième mode de réalisation d’un moteur de secours du système de propulsion. Le système de propulsion S représenté sur la figure 2 comprend un moteur principal M couplé à une hélice de propulsion F d’un aéronef par l’intermédiaire d’un axe A. Ce moteur principal M correspond par exemple à l’un des moteurs M1 … M4 de l’aéronef 1 représenté sur la figure 1. Le système de propulsion comprend aussi un moteur de secours 14. Ce moteur de secours 14 comprend une source de gaz pressurisé 15, une turbine 18, ainsi qu’une liaison 16 entre la source de gaz pressurisé 15 et la turbine 18. Cette liaison 16 est prévue pour acheminer du gaz pressurisé de la source de gaz pressurisé 15 vers la turbine 18. Elle correspond par exemple à une canalisation prévue pour le gaz pressurisé. Le moteur de secours 14 comprend également un embrayage 19 couplé à la turbine 18 par une liaison 25. Le système de propulsion S comprend en outre un contrôleur 10. Une entrée du contrôleur 10 est reliée à un capteur de fonctionnement du moteur principal M par une liaison 20. Ce capteur de fonctionnement est par exemple un capteur agencé pour détecter une rotation d’un rotor du moteur principal M. Une sortie du contrôleur 10 est reliée au moteur de secours 14 par une liaison 24. En fonctionnement, le contrôleur 10 surveille le fonctionnement du moteur principal M via la liaison 20. Pour cela, le contrôleur 10 surveille par exemple si le signal reçu du capteur par la liaison 20 correspond à une rotation normale du rotor du moteur principal M. Lorsque le signal reçu correspond à une rotation normale du rotor du moteur principal M, le contrôleur 10 en déduit un fonctionnement normal du moteur principal M. Le contrôleur 10 commande alors, via la liaison 24, un état désactivé du moteur de secours 14. Par conséquent, la source de gaz pressurisé 15 ne fournit pas de gaz pressurisé à la turbine 18. Il en résulte que la turbine n’est pas entraînée en rotation et elle n’entraîne donc pas l’embrayage 19. L’hélice de propulsion F est donc entraînée par le moteur principal M. Lorsque le signal reçu par le contrôleur 10 sur son entrée ne correspond pas à une rotation normale du rotor du moteur principal M, le contrôleur 10 en déduit une défaillance du moteur principal M. Le contrôleur 10 commande alors, via la liaison 24, un état activé du moteur de secours 14. La turbine 18 reçoit alors un débit de gaz pressurisé issu de la source de gaz pressurisé 15, via la liaison 16, ce qui entraîne une rotation de la turbine 18. La turbine 18 entraîne l’embrayage 19, par la liaison 25, et l’embrayage 19 entraîne en rotation l’axe A de l’hélice de propulsion F. L’hélice de propulsion F est ainsi entraînée par le moteur de secours 14 en cas de défaillance du moteur principal M. De façon avantageuse, un dispositif anti-surpression 17 est disposé sur la liaison 16 entre la source de gaz pressurisé 15 et la turbine 18. Ce dispositif anti-surpression 17 permet d’évacuer une partie du gaz pressurisé circulant dans la liaison 16 si la pression du gaz est supérieure à une valeur prédéterminée. Cela permet de protéger la liaison 16 d’une détérioration qui pourrait résulter d’une surpression. Dans un premier mode de réalisation, comme illustré sur la figure 3, le moteur de secours 14 est tel que la source de gaz pressurisé 15 correspond à un réservoir de gaz pressurisé. Le moteur de secours 14 comprend alors en outre une électrovanne 21 montée en série sur la liaison 16 entre la source de gaz pressurisé 15 et la turbine 18. Cette électrovanne 21 est commandée par le contrôleur 10 via la liaison 24. Le contrôleur 10 commande un état désactivé du moteur de secours 14 en commandant un état fermé de l’électrovanne 21 : le gaz pressurisé contenu dans la source de gaz pressurisé 15 ne peut alors pas circuler dans la liaison 16. La turbine 18 et l’embrayage 19 ne sont alors pas entraînés. Par conséquent, le moteur de secours 14 n’entraîne pas en rotation l’axe A de l’hélice de propulsion F. Le contrôleur 10 commande un état activé du moteur de secours 14 en commandant un état ouvert de l’électrovanne 21 : le gaz pressurisé contenu dans la source de gaz pressurisé 15 peut alors circuler dans la liaison 16, entraînant la turbine 18 et l’embrayage 19. Le moteur de secours 14 entraîne ainsi en rotation l’axe A de l’hélice de propulsion F. De préférence, ledit état ouvert de l’électrovanne 21 est choisi parmi un ensemble d’états ouverts de l’électrovanne, de façon à contrôler le débit d’air pressurisé envoyé vers la turbine 18 en fonction d’une consigne de vitesse de rotation de l’hélice de propulsion F déterminée pour permettre le vol de l’aéronef. Dans un second mode de réalisation, comme illustré sur la figure 4, le moteur de secours 14 est tel que la source de gaz pressurisé 15 comprend une chambre de combustion 26 et un moyen d’ignition 28. Ce moyen d’ignition est prévu pour être commandé par le contrôleur 10 via la liaison 24. Il correspond par exemple à un allumeur piézo-électrique produisant une étincelle lorsqu’il est commandé par la liaison 24. Le moteur de secours 14 comprend en outre une vanne de bypass 27 dont une entrée de commande est reliée à une deuxième sortie du contrôleur 10 par une liaison 28. La vanne de bypass 27 est montée en série sur la liaison 16 et elle comprend une sortie d’échappement à l’air libre. Cette vanne de bypass est conformée de façon à permettre un contrôle de débit de gaz pressurisé envoyé vers la turbine en fonction d’un signal de commande envoyé par le contrôleur 10 sur la liaison 28. Avant un vol de l’aéronef, un carburant, ou un mélange d’un carburant et d’un comburant, est placé dans la chambre de combustion 26 en quantité appropriée. Ce carburant, ou ce mélange de carburant et de comburant, correspond par exemple à un ergol ou à un propergol. Le contrôleur 10 commande un état désactivé du moteur de secours 14 en ne commandant pas la production d’une étincelle par l’allumeur piézo-électrique. Il en résulte que le carburant reste dans la chambre de combustion sans être enflammé. Il n’y a donc pas production de gaz pressurisé dans la chambre de combustion. Par conséquent, la turbine 18 et l’embrayage 19 ne sont pas entraînés : le moteur de secours 14 n’entraîne pas en rotation l’axe A de l’hélice de propulsion F. Le contrôleur 10 commande un état activé du moteur de secours 14 en commandant la production d’une étincelle par l’allumeur piézo-électrique. Il en résulte que le carburant s’enflamme dans la chambre de combustion. La combustion du carburant a pour effet de produire du gaz pressurisé dans la chambre de combustion. Ce gaz pressurisé est acheminé jusqu’à la vanne de bypass 27 par la liaison 16. Le contrôleur 10 contrôle la vanne de bypass 27, via la liaison 28, de façon à diriger vers la turbine 18 une première partie du gaz pressurisé reçu par la vanne de bypass via la liaison 16, une autre partie du gaz pressurisé étant rejetée par la sortie de mise à l’air libre. Le gaz pressurisé envoyé vers la turbine 18 a pour effet d’entraîner la turbine 18 qui entraîne l’embrayage 19. Par conséquent, le moteur de secours 14 entraîne en rotation l’axe A de l’hélice de propulsion F tant que la combustion du carburant dans la chambre de combustion 26 produit du gaz pressurisé en quantité suffisante pour entraîner la turbine 18. Le contrôleur 10 contrôle la vanne de bypass 27 en fonction d’une consigne de vitesse de rotation de l’hélice de propulsion F déterminée pour permettre le vol de l’aéronef. Dans un mode particulier de réalisation, l’embrayage 19 est un embrayage de type centrifuge. Ainsi, en l’absence d’entraînement de l’embrayage par la turbine 18, l’embrayage 19 n’assure pas un couplage entre la turbine 18 et l’axe A de l’hélice de propulsion F. Par conséquent, l’embrayage 19 ne gêne pas l’entraînement en rotation de l’axe A par le moteur principal M. Lorsque le moteur de secours 14 est activé lors d’une défaillance du moteur principal M, l’embrayage 19 est entraîné en rotation par la turbine 18. Etant donné que l’embrayage est de type centrifuge, cette rotation a pour effet d’induire un couplage entre la turbine 18 et l’axe A, permettant ainsi l’entraînement en rotation de l’axe A par le moteur de secours 14 en cas de défaillance du moteur principal M. Dans un autre mode particulier de réalisation, l’embrayage 19 est un embrayage de type électromagnétique. Cet embrayage comporte une entrée de commande permettant d’activer ou désactiver un couplage entre la turbine 18 et l’axe A au moyen dudit embrayage. Une autre sortie du contrôleur 10 est alors reliée à cette entrée de commande de l’embrayage 19 par une liaison 22. Le contrôleur 10 est configuré de telle façon que lorsqu’il commande un état désactivé du moteur de secours 14, il commande en outre un état désactivé du couplage entre la turbine 18 et l’axe A au moyen de l’embrayage 19 et, lorsqu’il commande un état activé du moteur de secours 14, il commande en outre un état activé du couplage entre la turbine 18 et l’axe A au moyen de l’embrayage 19. Ainsi, la turbine 18 n’est couplée à l’axe A au moyen de l’embrayage 19 que lorsque le moteur de secours 14 est activé lors d’une défaillance du moteur principal M. De façon avantageuse, le moteur principal M est couplé à l’axe A de l’hélice de propulsion F au moyen d’un mécanisme de type roue libre. Cela permet l’entraînement en rotation de l’axe A par le moteur principal M lors d’un fonctionnement normal du moteur principal, tout en permettant l’entraînement de l’axe A par l’embrayage 19 lors d’une défaillance du moteur principal M. Quel que soit le mode de réalisation, en cas de défaillance du moteur principal M, grâce à l’invention l’hélice de propulsion F est entraînée en rotation par le moteur de secours 14. Cela permet à un pilote de l’aéronef, que ce soit un pilote humain ou un pilote automatique, de commander un atterrissage de l’aéronef en toute sécurité. Le moteur de secours 14 ayant pour vocation de n’être utilisé qu’une seule fois, en cas d’urgence, et pour une durée relativement courte (durée nécessaire à un atterrissage de l’aéronef), sa conception peut être simplifiée au maximum de façon à limiter de façon importante sa masse et son encombrement. 1) Système de propulsion (S) d’un aéronef (1) comprenant une hélice de propulsion (F) et un moteur principal (M) d’entraînement de l’hélice de propulsion, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - un moteur de secours (14) prévu pour être commandé selon un état désactivé ou selon un état activé, ledit moteur de secours comprenant une source de gaz pressurisé (15) et une turbine (18) reliée à la source de gaz pressurisé (15) ; - un embrayage (19) conformé pour permettre un entraînement de l’hélice de propulsion (F) par le moteur de secours (14), lorsque le moteur de secours est commandé selon son état activé ; et - un contrôleur (10) configuré pour surveiller le fonctionnement du moteur principal (M), pour commander le moteur de secours (14) selon son état désactivé en cas d’absence de défaillance du moteur principal (M) et pour commander le moteur de secours (14) selon son état activé en cas de défaillance du moteur principal (M). 2) Système de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’embrayage (19) est couplé à la turbine (18). 3) Système de propulsion selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur de secours (14) est conformé de telle façon que : - lorsque ledit moteur de secours (14) est commandé selon son état désactivé, la turbine (18) ne reçoit pas de gaz de la source de gaz pressurisé (15) ; et - lorsque ledit moteur de secours (14) est commandé selon son état activé, la turbine (18) reçoit un débit de gaz pressurisé issu de la source de gaz pressurisé (15), de façon à entraîner une rotation de la turbine et de l’embrayage (19) pour permettre l’entraînement de l’hélice de propulsion (F). 4) Système de propulsion selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de gaz pressurisé (15) correspond à un réservoir de gaz pressurisé et le moteur de secours (14) comprend une électrovanne (21) dont l’activation entraîne la libération d’un débit de gaz pressurisé vers la turbine (18), l’activation de l’électrovanne étant commandée lorsque le moteur de secours (14) est commandé selon son état activé. 5) Système de propulsion selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de gaz pressurisé (15) comprend une chambre de combustion (26) et un moyen d’ignition (28) configuré pour être commandé par le contrôleur (10). 6) Système de propulsion selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur de secours (14) comprend un dispositif anti surpression (17) sur une liaison (16) entre la source de gaz pressurisé (15) et la turbine (18). 7) Système de propulsion selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’embrayage (19) est de type centrifuge. 8) Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’embrayage (19) est de type électromagnétique, commandé par le contrôleur (10). 9) Aéronef (1), caractérisé en ce qu’il comprend un système de propulsion (S) selon l’une quelconque des revendications précédentes.