Brevet FR3104333A1 — publié le 20210611

Aéronef comprenant une source de secours d’énergie électrique. L’aéronef (1) comprend une source principale d’énergie électrique (12), un moteur électrique (M, M1 … M4) de propulsion et une source de secours d’énergie électrique (14). Celle-ci comprend une source de gaz pressurisé (15) et un générateur électrique (19) couplé à une turbine (18) reliée à la source de gaz pressurisé (15). L’aéronef comprend un contrôleur (10) configuré pour surveiller le fonctionnement de la source principale d’énergie électrique (12). En cas de fonctionnement normal, le contrôleur commande un état désactivé de la source de secours d’énergie électrique (14) et l’alimentation électrique du moteur électrique (M, M1 … M4) par la source principale d’énergie électrique (12). En cas de défaillance de la source principale d’énergie électrique (12), le contrôleur commande un état activé de la source de secours d’énergie électrique (14) et l’alimentation électrique du moteur électrique (M, M1 … M4) par la source de secours d’énergie électrique (14). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Aéronef comprenant une source de secours d’énergie électrique. L’invention est relative au domaine de la propulsion électrique des aéronefs. 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. La source d’énergie électrique correspond par exemple à un ensemble de batteries électriques. Dans l’hypothèse où une défaillance de la source d’énergie électrique interviendrait pendant que l’aéronef est en vol, l’aéronef deviendrait difficilement manœuvrable. Il est donc nécessaire de disposer à bord de l’aéronef d’une source de secours d’énergie électrique. Celle-ci pourrait par exemple correspondre à un autre ensemble de batteries électriques, ou à un générateur électrique entraîné par un moteur thermique. Toutefois, les sources de secours d’énergie électrique correspondant à ces exemples présentent l’inconvénient d’être lourdes et encombrantes. La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne un aéronef comprenant une source principale d’énergie électrique et un moteur électrique de propulsion de l’aéronef. Cet aéronef est remarquable en ce qu’il comprend en outre une source de secours d’énergie électrique prévue pour être commandée selon un état désactivé ou selon un état activé, ladite source de secours d’énergie électrique comprenant : - une source de gaz pressurisé ; et - un générateur électrique couplé à une turbine reliée à la source de gaz pressurisé, et en ce qu’il comprend un contrôleur configuré pour surveiller le fonctionnement de la source principale d’énergie électrique et pour : - en cas de fonctionnement normal de la source principale d’énergie électrique, commander l’état désactivé de la source de secours d’énergie électrique et commander l’alimentation électrique du moteur électrique par la source principale d’énergie électrique ; et - en cas de défaillance de la source principale d’énergie électrique, commander l’état activé de la source de secours d’énergie électrique et commander l’alimentation électrique du moteur électrique par la source de secours d’énergie électrique. Ainsi, en cas de défaillance de la source principale d’énergie électrique, le moteur électrique de propulsion de l’aéronef est alimenté par la source de secours d’énergie électrique. Cela permet de garantir la manœuvrabilité de l’aéronef lors d’une telle défaillance de la source principale d’énergie électrique, de façon à garantir un atterrissage de l’aéronef sans risque dû à cette défaillance. De plus, la source de secours d’énergie électrique utilisée présente l’avantage d’être compacte et légère. Dans un mode avantageux de réalisation, la source de secours d’énergie électrique est conformée de telle façon que : - lorsque ladite source de secours d’énergie électrique est commandée selon son état désactivé, la turbine ne reçoit pas de gaz de la source de gaz pressurisé ; et - lorsque ladite source de secours d’énergie électrique est commandée 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 du générateur électrique pour permettre la production d’électricité par la source de secours d’énergie électrique. Dans un premier mode de réalisation, la source de gaz pressurisé correspond à un réservoir de gaz pressurisé et la source de secours d’énergie électrique 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 la source de secours d’énergie électrique est commandée selon son état activé. Dans un second mode de réalisation, la source de gaz pressurisé comprend une chambre de combustion et un moyen d’ignition configuré pour être commandé par le contrôleur. De façon avantageuse, la source de secours d’énergie électrique comprend un dispositif anti surpression sur une liaison entre la source de gaz pressurisé et la turbine. 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 d’alimentation électrique d’un moteur électrique 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’une source de secours d’alimentation électrique. La figure 4 illustre de façon schématique un deuxième mode de réalisation d’une source de secours d’alimentation électrique. Le système d’alimentation électrique représenté sur la figure 2 est prévu pour alimenter électriquement un moteur M de propulsion d’un aéronef, entraînant en rotation une hélice F de propulsion de l’aéronef. Ce moteur M correspond par exemple à l’un des moteurs M1 … M4 de l’aéronef 1 représenté sur la figure 1. Le système d’alimentation électrique comprend une source principale d’alimentation électrique 12, dont une sortie est reliée à un premier contact d’un commutateur K. Ce système comprend également une source de secours d’alimentation électrique 14, dont une sortie est reliée à un deuxième contact du commutateur K. Un troisième contact du commutateur K est relié au moteur électrique M. Le système d’alimentation électrique comprend en outre un contrôleur 10. Une entrée du contrôleur 10 est reliée à la source principale d’énergie électrique 12 par une liaison 20. Une première sortie du contrôleur 10 est reliée à un circuit de contrôle du commutateur K par une liaison 22. Une deuxième sortie du contrôleur 10 est reliée à la source de secours d’alimentation électrique 14 par une liaison 24. La source de secours d’alimentation électrique 14 comprend un générateur électrique 19, une turbine 18 prévue pour entraîner le générateur électrique 19, une source de gaz pressurisé 15, 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 générateur électrique 19 est couplé à la turbine 18 de telle façon qu’une rotation de la turbine entraîne le générateur électrique 19. En fonctionnement, le contrôleur 10 surveille la tension présente sur son entrée reliée à la sortie de la source principale d’énergie électrique 12 via la liaison 20. Cette tension correspond à la tension en sortie de la source principale d’énergie électrique 12. Cela permet au contrôleur 10 de surveiller le fonctionnement de la source principale d’énergie électrique 12. Lorsque la tension électrique présente sur son entée est comprise dans un intervalle de tension prédéterminé, le contrôleur 10 en déduit un fonctionnement normal de la source principale d’énergie électrique. Le contrôleur 10 commande alors, via la liaison 22, une première position du commutateur K, dans laquelle le premier contact et le troisième contact du commutateur sont reliés électriquement. Le moteur M est ainsi alimenté électriquement par la source principale d’énergie électrique 12. Le contrôleur 10 commande en outre un état désactivé de la source de secours d’énergie électrique 14. Par conséquent, la turbine 18 ne reçoit alors pas de gaz de la source de gaz pressurisé. La turbine n’est donc pas entraînée en rotation et elle n’entraîne pas le générateur électrique 19. Celui-ci ne fournit donc pas d’électricité. Lorsque la tension électrique présente sur son entée n’est pas comprise dans ledit intervalle de tension prédéterminé, le contrôleur 10 en déduit une défaillance de la source principale d’énergie électrique. Le contrôleur 10 commande alors un état activé de la source de secours d’énergie électrique 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 entraîne le générateur électrique 19, permettant ainsi la production d’électricité par la source de secours d’énergie électrique 14. Le contrôleur 10 commande en outre, via la liaison 22, une deuxième position du commutateur K, dans laquelle le deuxième contact et le troisième contact du commutateur sont reliés électriquement. Le moteur M est ainsi alimenté électriquement par la source de secours d’énergie électrique 14. 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, la source de secours d’énergie électrique 14 est telle que la source de gaz pressurisé 15 correspond à un réservoir de gaz pressurisé. La source de secours d’énergie électrique 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 de la source de secours d’énergie électrique 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 le générateur électrique 19 ne sont alors pas entraînés. Par conséquent, la source de secours d’énergie électrique 14 ne produit pas d’électricité. Le contrôleur 10 commande un état activé de la source de secours d’énergie électrique 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 le générateur électrique 19. La source de secours d’énergie électrique 14 produit alors de l’électricité tant que le réservoir de gaz pressurisé contient suffisamment de gaz pour entraîner la turbine et tant que le contrôleur 10 commande l’état activé de la source de secours d’énergie électrique par la liaison 24. Dans un second mode de réalisation, comme illustré sur la figure 4, la source de secours d’énergie électrique 14 est telle 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. 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 de la source de secours d’énergie électrique 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 le générateur électrique 19 ne sont pas entraînés et la source de secours d’énergie électrique 14 ne produit pas d’électricité. Le contrôleur 10 commande un état activé de la source de secours d’énergie électrique 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 turbine 18 via la liaison 16, ce qui a pour effet d’entraîner la turbine 18 qui entraîne le générateur électrique 19. Par conséquent, la source de secours d’énergie électrique 14 produit de l’électricité tant que la combustion du carburant dans la chambre de combustion 26 produit du gaz pressurisé en quantité suffisante pour entraîner la turbine 18. Dans un mode particulier de réalisation, le générateur électrique 19 est entraîné par la turbine 18 par l’intermédiaire d’un train réducteur épicycloïdal. Quel que soit le mode de réalisation, en cas de défaillance de la source principale d’énergie électrique 12, grâce à l’invention le moteur électrique M reste alimenté électriquement par la source de secours d’énergie électrique 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. La source de secours d’énergie électrique 14 ayant pour vocation de n’être utilisée 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. - Aéronef (1) comprenant une source principale d’énergie électrique (12) et un moteur électrique (M, M1 … M4) de propulsion de l’aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une source de secours d’énergie électrique (14) prévue pour être commandée selon un état désactivé ou selon un état activé, ladite source de secours d’énergie électrique comprenant : - une source de gaz pressurisé (15) ; et - un générateur électrique (19) couplé à une turbine (18) reliée à la source de gaz pressurisé (15), et en ce qu’il comprend un contrôleur (10) configuré pour surveiller le fonctionnement de la source principale d’énergie électrique (12) et pour : - en cas de fonctionnement normal de la source principale d’énergie électrique (12), commander l’état désactivé de la source de secours d’énergie électrique (14) et commander l’alimentation électrique du moteur électrique (M, M1 … M4) par la source principale d’énergie électrique (12) ; et - en cas de défaillance de la source principale d’énergie électrique (12), commander l’état activé de la source de secours d’énergie électrique (14) et commander l’alimentation électrique du moteur électrique (M, M1 … M4) par la source de secours d’énergie électrique (14). 2) Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de secours d’énergie électrique (14) est conformée de telle façon que : - lorsque ladite source de secours d’énergie électrique (14) est commandée selon son état désactivé, la turbine (18) ne reçoit pas de gaz de la source de gaz pressurisé (15) ; et - lorsque ladite source de secours d’énergie électrique (14) est commandée 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 du générateur électrique (19) pour permettre la production d’électricité par la source de secours d’énergie électrique (14). 3) Aéronef selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source de gaz pressurisé (15) correspond à un réservoir de gaz pressurisé et la source de secours d’énergie électrique (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 la source de secours d’énergie électrique est commandée selon son état activé. 4) Aéronef selon la revendication 2, 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). 5) Aéronef selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de secours d’énergie électrique (14) comprend un dispositif anti surpression (17) sur une liaison (16) entre la source de gaz pressurisé (15) et la turbine (18).