Brevet FR3123051A1 — publié le 20221125

Procédé d’optimisation d’énergie électrique disponible lors d’un vol d’un aéronef (100) comportant une ou plusieurs turbomachines hybridées avec un ou plusieurs moteur électriques réversibles, pour lequel le procédé comporte dans ledit vol l’intégration d’au moins une phase de vol plané (31, 41) avec une ou plusieurs desdites turbomachines éteintes pour laquelle une autorotation d’une soufflante, ou turbine basse pression, (1) ou d’une voilure tournante de chacune desdites turbomachines entraine lesdits moteurs électriques réversibles (4) fonctionnant en générateurs électriques et fournissant une énergie (5) électrique pendant ladite phase de vol plané. Figure 3 PROCEDE ET DISPOSITIF D’OPTIMISATION D’ENERGIE ELECTRIQUE D’UN AERONEF A MOTORISATION HYBRIDE L’invention relève du domaine de la motorisation des aéronefs plus lourds que l’air de transport d’objets et/ou de personnes d’une origine à une destination par voie aérienne. Pour ce faire, un aéronef plus lourd que l’air a besoin d’être équipé d’un certain nombre de moteurs, dont le principe est de générer la poussée nécessaire à provoquer et maintenir la portance de l’appareil tout au long de son utilisation. A l’heure actuelle, l’utilisation de l’énergie électrique pour la motorisation des avions ou des hélicoptères représente un enjeu majeur dans les années à venir, en vue de réduire les émissions nocives et la consommation de sources non renouvelables, notamment énergies fossiles. La motorisation hybride ou électrique pour les aéronefs est notamment à l’étude dans toutes les sociétés aéronautiques du monde. Les principaux concepts émergeants sont basés sur l’adjonction d’un moteur électrique pour assurer la transformation mécanique nécessaire à la propulsion de l’appareil, puisant son énergie électrique nécessaire dans des modules de stockage embarqués, tels que des batteries. Ces batteries peuvent ainsi stocker de l’énergie électrique durant l’utilisation de l’appareil pour fournir en énergie le moteur électrique associé. Elles doivent être chargées avant utilisation et leur capacité de charge est directement dépendante de leurs dimensions. Problème technique A l’heure actuelle, un problème majeur est que le stockage des ressources d’énergie électrique dans des batteries est trop lourd : une motorisation de type électrique présente l’inconvénient majeur de nécessiter une très grosse quantité de batteries, dont la masse est très conséquente. Dans le cas des aéronefs, la masse est un facteur critique à prendre en compte, car son influence est de premier ordre sur la quantité d’énergie nécessaire à son transport dans les airs. C’est pour cette raison que les éléments constituant un aéronef (dont les moteurs font partie) sont sans cesse optimisés pour minimiser leur masse. Concernant les batteries, certaines études montrent qu’avec les technologies actuelles, il faudrait l’équivalent en poids d’un second aéronef relié au premier pour alimenter les moteurs de ce dernier, ce qui n’est pas rentable. Les aéronefs de type avion ou hélicoptère de transport restent donc tributaires de l’usages de moteurs thermiques de type turbomachines. Il existe toutefois des études d’aéronefs à propulsion électrique comme dans le document US20150097079 A1 qui prévoient une recharge de batteries dans des phases de vol où les propulseurs électriques deviennent des éoliennes. Dans ce document, le parcours que peut suivre l’aéronef dépend des conditions atmosphériques/climatiques, la reprise d’altitude se faisant notamment dans une colonne d’air ascendante lorsqu’une telle colonne d’air est présente. Il n’est donc pas suggéré dans ce document d’effectuer un parcours imposé en enchainant de façon répétée des séquences comportant une phase de vol en planeur (récupération d’énergie) suivie d’une phase de vol motorisé pour la reprise d’altitude indépendamment des conditions atmosphériques sur le parcours de l’aéronef. L’aéronef décrit n’est donc pas réellement utilisable pour des vols commerciaux. Le document FR3003845A1 décrit pour sa part un aéronef équipé notamment en bouts d’ailes de générateurs électriques de type turbine (connus sous l’appellation anglaise Ram Air Turbine RAT) qui permettant de fournir une énergie électrique pour alimenter des équipements électriques ou électroniques de l’aéronef. Ces générateurs ne peuvent toutefois pas participer à la génération de la poussée permettant à l’aéronef de voler. Au vu de l’art antérieur et pour répondre à cette problématique de capacité de charge insuffisante, la présente divulgation propose un aéronef à turbomachines hybrides associé à un module de charge en mode planeur et un procédé d’optimisation de la consommation énergétique de cet aéronef qui comporte des phases de récupération d’énergie électrique au sein de la turbomachine hybride de l’aéronef et des phases de restitution de ladite énergie électrique en sus de l’énergie thermique fournie par les turbomachines. Plus précisément la présente invention propose un procédé d’optimisation d’énergie électrique disponible lors d’un vol d’un aéronef qui comporte une ou plusieurs turbomachines hybridées avec un ou plusieurs moteur électriques réversibles, le procédé comportant dans ledit vol l’intégration d’au moins une phase de vol plané avec une ou plusieurs desdites turbomachines éteintes pour laquelle une autorotation d’une soufflante ou d’une voilure tournante d’une dite turbomachine entraine ledit moteur électrique réversible associé à cette turbomachine, ledit moteur électrique réversible fonctionnant en générateur électrique et fournissant une énergie électrique pendant ladite phase de vol plané. Ceci permet notamment de charger des batteries stockant ladite énergie électrique, notamment en phase de descente de l’aéronef. Avantageusement, le vol de l’aéronef comportant au moins une phase de montée, une phase de vol en palier et une phase de descente, une ou plusieurs phases de vol plané sont intégrées à la phase de descente. Ceci permet de diminuer la consommation de l’aéronef en combustible d’alimentation des turbomachines notamment en phase de descente de l’aéronef. Avantageusement, le vol de l’aéronef comportant au moins une phase de montée, un phase de vol en palier et une phase de descente, une ou plusieurs phases de vol plané sont intégrées à la phase de vol en palier. Ceci permet notamment de maintenir la charge des batteries de stockage d’énergie électrique. Préférablement, l’énergie électrique accumulée lors de la ou des phases de vol plané est au moins en partie stockée et utilisée pour fournir un surcroît de puissance à la ou aux turbomachines lors de phases de vol fortement consommatrices d’énergie. Par exemple ceci permet d’apporter une énergie complémentaire lors d’une phase de décollage d’un vol ultérieur. L’énergie électrique générée lors de la ou des phases de vol plané peut notamment être utilisée pour pallier l’arrêt de la ou des turbomachines et alimenter des équipements électriques ou électroniques de l’aéronef turbomachines arrêtées. L’invention concerne en outre un aéronef adapté à mettre en œuvre le procédé de l’invention et qui comporte au moins un moteur électrique réversible relié directement ou indirectement à un arbre de turbine d’une turbomachine et à un dispositif de stockage d’énergie embarqué, le moteur électrique réversible et la turbomachine constituant une turbomachine hybridée. L’arbre peut être un arbre de turbine basse pression dans un turboréacteur ou un arbre de turbine libre dans un turbomoteur ou un turbopropulseur. Ledit moteur électrique réversible peut être positionné directement en continuité dudit arbre de turbine. Selon un mode de réalisation alternatif, ledit moteur électrique réversible peut être positionné en dehors de la turbomachine et relié mécaniquement audit arbre de turbine. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le moteur électrique est configuré pour pouvoir entraîner une soufflante, une hélice ou une voilure tournante entrainées par la turbomachine et fournir une poussée à l’aéronef. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : montre un schéma de principe d’une turbomachine hybridée dans un mode de fonctionnement où un moteur électrique réversible fournit une puissance mécanique à la turbomachine; montre un schéma de principe d’une turbomachine hybridée dans un mode de fonctionnement où un moteur électrique réversible reçoit une puissance mécanique de la turbomachine et la transforme en énergie électrique; montre un exemple de vol muni de phases de plané ; et montrent des schémas d’un vol comportant des phases de plané de la présente divulgation. montre un schéma d’application à un hélicoptère. Procédé d’optimisation d’énergie électrique disponible lors d’un vol d’un aéronef (100) comportant une ou plusieurs turbomachines hybridées avec un ou plusieurs moteurs électriques réversibles, caractérisé en ce que le procédé comporte dans ledit vol l’intégration d’au moins une phase de vol plané (31, 41) avec une ou plusieurs desdites turbomachines éteintes pour laquelle une autorotation d’une turbine basse pression, (1) ou d’une voilure tournante d’une dite turbomachine entraine ledit moteur électrique réversible (4, 64) associé à cette turbomachine, ledit moteur électrique réversible fonctionnant en générateur électrique (G) et fournissant une énergie (5) électrique pendant ladite phase de vol plané. Procédé d’optimisation selon la revendication 1, pour lequel le vol de l’aéronef comportant au moins une phase de montée (10), une phase de vol en palier (20) et une phase de descente (30), une ou plusieurs phases de vol plané (31) sont intégrées à la phase de descente. Procédé d’optimisation selon la revendication 1 ou 2, pour lequel le vol de l’aéronef comportant au moins une phase de montée, une phase de vol en palier et une phase de descente, une ou plusieurs phases de vol plané (41) sont intégrées à la phase de vol en palier. Procédé d’optimisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour lequel l’énergie électrique (5) accumulée lors de la ou des phases de vol plané est au moins en partie stockée (6) et utilisée pour fournir un surcroît de puissance (7) à la ou aux turbomachines (2) lors de phases de vol fortement consommatrices d’énergie. Procédé d’optimisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour lequel l’énergie électrique (5) générée lors de la ou des phases de vol plané est utilisée pour pallier l’arrêt de la ou des turbomachines et alimenter des équipements électriques ou électroniques (8) de l’aéronef turbomachines arrêtées. Aéronef adapté à mettre en œuvre le procédé de l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte au moins un moteur électrique réversible (4, 64) relié directement ou indirectement à un arbre (3) de turbine basse pression (1) d’une turbomachine et à un dispositif de stockage d’énergie embarqué (6), le moteur électrique réversible et la turbomachine constituant une turbomachine hybridée. Aéronef selon la revendication 6 pour lequel ledit moteur électrique réversible (4, 64) est positionné directement en continuité dudit arbre de turbine basse pression. Aéronef selon la revendication 6 pour lequel ledit moteur électrique réversible (4, 64) est positionné en dehors de la turbomachine et relié mécaniquement audit arbre de turbine basse pression. Aéronef selon la revendication 6, 7 ou 8 pour lequel le moteur électrique (4, 64) est configuré pour pouvoir entraîner une turbine basse pression, une hélice ou une voilure tournante (62) entrainées par la turbomachine et fournir une poussée à l’aéronef. Aéronef selon l’une quelconque des revendications 6 à 9 pour lequel le moteur électrique (4, 64) est configuré pour pouvoir fonctionner en générateur électrique (G) afin de recharger des batteries (6) et/ou alimenter des équipements électriques ou électroniques (8) de l’aéronef (100).