Brevet FR3119838A1 — publié le 20220819

Le système (2) de génération passive d’énergie électrique pour un aéronef (1) comporte un support (4), au moins une plateforme (5) mobile agencée sur ledit support (4) et apte à se déplacer sous l’effet d’une variation de pesanteur apparente dans un direction perpendiculaire au support (4), au moins un dispositif de guidage (6) qui relie le support (4) à ladite plateforme (5) et qui est configuré pour guider le déplacement de la plateforme (5) par rapport au support (4), et au moins un module de transformation (8) du déplacement de la plateforme (5) dans le ou chaque moyen de guidage (6) en énergie électrique. Figure pour l'abrégé : Figure 1 SYSTEME DE GÉNÉRATION PASSIVE D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE POUR UN AÉRONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine général de l’aéronautique. Elle vise en particulier un système de génération passive d’énergie électrique pour un aéronef, un aéronef comportant un tel système, ainsi qu’un procédé de génération passive d’énergie électrique. Arrière-plan technique Un aéronef, qu’il s’agisse d’un avion de transport civil ou d’un avion militaire de tout type, est équipé d’un certain nombre de turbomachines qui génèrent la propulsion et le maintien de la portance de l’aéronef nécessaire à son vol. Ces turbomachines sont généralement des moteurs thermiques qui, suivant le type de propulsion de l’aéronef, fonctionnent par combustion (et/ou postcombustion) de grandes quantités de différents carburants, tous issus d’énergies fossiles. Au cours de leur fonctionnement au sol comme dans les airs, les turbomachines des aéronefs rejettent des gaz tel que du dioxyde de carbone, du dioxyde soufre, de l’oxyde d’azote, etc. Or, ces rejets sont des gaz polluants, certains à effet de serre. L’utilisation unique de turbomachines thermiques pour la propulsion et le maintien de la portance d’un aéronef constitue donc une source de pollution de l’air par les rejets qu’ils émettent et participe également à l’épuisement de ressources non renouvelables que sont les carburants. Un moyen de réduire ces émissions polluantes pourrait être d’équiper chaque aéronef d’une motorisation dite « hydride » c’est-à-dire que la propulsion et le maintien de la portance de l’aéronef seraient assurés par l’association d’un moteur électrique au moteur thermique usuel. Généralement, l’électricité nécessaire au fonctionnement du moteur électrique est disponible dans des accumulateurs d’énergie électrique, également appelés batteries. Ces batteries sont chargées avant le décollage de l’aéronef et leur capacité de stockage d’énergie électrique dépend directement du nombre de cellules accumulatrices qu’elles contiennent. Ainsi, plus une batterie contient de cellules, plus elle sera en mesure de fournir de l’électricité au moteur électrique, mais plus ses dimensions et sa masse seront importantes. Or, lorsque des éléments constituant l’aéronef ont des dimensions et/ou une masse trop importantes, ils impliquent l’utilisation d’une quantité de carburant fossiles comme électrique plus importantes pour permettre le vol de l’aéronef. C’est d’ailleurs une des raisons pour laquelle les dimensions et le poids des éléments constituant un aéronef, y compris les turbomachines, sont sans cesse optimisées. La présence et l’utilisation de batteries chargée avant le décollage de l’aéronef pour fournir de l’énergie au moteur électrique conduit à une réduction faible de la consommation de carburants polluants. Il existe des dispositifs autonomes de stockage et de libération d’énergie, tel que celui décrit par le document WO 2017/013.342-A1, mais dont les capacités restent limitées par leurs tailles qui ne leur permettent pas de fournir de l’énergie électrique à destination d’un moteur hybride par exemple. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient en fournissant un système de génération d’énergie permettant de produire directement de l’énergie électrique au cours du vol de l’aéronef. À cet effet, l'invention concerne un système de génération passive d’énergie électrique pour un aéronef, en particulier un avion civil ou militaire. Selon l’invention, le système comporte : - un support s’étendant suivant un axe longitudinal, - au moins une plateforme mobile agencée sur ledit support et apte à se déplacer par rapport audit support sous l’effet d’une variation de pesanteur apparente dans une direction perpendiculaire audit axe longitudinal, - au moins un dispositif de guidage qui relie le support à ladite plate-forme et qui est configuré pour guider le déplacement de ladite plate-forme par rapport audit support, et - au moins un module de transformation du déplacement de la plateforme dans le ou chaque dispositif de guidage en énergie électrique. Ainsi, grâce à l’invention, l’énergie électrique produite par le déplacement relatif de la plateforme par rapport au support peut être directement utilisée par un moteur électrique comme par tout autre équipement électrique à bord de l’aéronef. Par ailleurs, sa production ne dépend que des variations de vitesse de l’aéronef au cours de son vol. L’énergie électrique est ainsi générée de manière passive et ne dépend que de la façon qu’a l’équipage de piloter l’aéronef. En outre, la production d’énergie électrique peut être répétable autant de fois que l’aéronef connaît de telles variations de vitesse. Le système de génération passive d’énergie électrique peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison les unes avec les autres : - il comporte, également, au moins une unité de stockage de ladite énergie électrique générée par le ou chaque module de transformation, - le ou chaque dispositif de guidage comporte une liaison de type glissière configurée pour guider ledit déplacement de ladite plateforme par rapport audit support par translation suivant ladite direction perpendiculaire à l’axe longitudinal, - le ou chaque dispositif de guidage comporte une liaison de type rotule configurée pour guider ledit déplacement de ladite plateforme par rapport audit support suivant la direction perpendiculaire à l’axe longitudinal par rotation autour de l’axe longitudinal, - le ou chaque module de transformation comporte une dynamo et/ou un générateur électrostatique, - le ou chaque module de transformation peut être un moteur linéaire et/ou un moteur rotatif, - il comporte une pluralité de dispositifs de guidage, une pluralité de modules de transformation, voire également une pluralité de plates-formes, agencés sur ledit support. La présente invention concerne également un aéronef, en particulier un avion de transport civil ou militaire, comportant un système de génération passive d’énergie tel que celui susmentionné, ledit système étant situé à l’intérieur du fuselage de l’aéronef. Avantageusement, le support du système de génération passive d’énergie électrique est fixé à un plancher d’une cabine de passagers de l’aéronef, et la ou les plateformes de ce système supporte(nt) des sièges des passagers. De préférence, le support du système de génération passive d’énergie électrique est fixé à un plancher d’une soute de l’aéronef, et la ou les plateformes dudit système supporte(nt) les masses inertes embarquées dans la soute. La présente invention concerne en outre un procédé de génération passive d’énergie électrique au moyen d’un aéronef tel que celui décrit ci-dessus et consistant à réaliser une succession de phases de montée et de descente de façon à : - générer une variation de pesanteur apparente du système situé dans le fuselage selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinale du support, - guider le déplacement de la ou chaque plateforme mobile par rapport audit support dans un ou des dispositifs de guidage, - transformer le déplacement de la plateforme par rapport au support suivant la direction perpendiculaire à l’axe longitudinal en énergie électrique, et - transmettre ladite énergie électrique générée pour l’alimentation d’un équipement électrique et/ou stocker ladite énergie électrique générée dans une unité de stockage. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la montre une vue schématique axiale d’un système de génération passive d’énergie électrique dans un aéronef selon un mode de réalisation ; la montre une vue schématique axiale d’un aéronef comportant un système de génération passive d’énergie électrique au cours d’une phase de montée selon un mode de réalisation ; la montre une vue schématique axiale d’un aéronef comportant un système de génération passive d’énergie électrique au cours d’une phase de descente selon un mode de réalisation. Description détaillée de l'invention Le système de génération passive d’énergie électrique (ci-après « système 2 »), représenté sur la , est destiné à générer de l’énergie pour alimenter en électricité un équipement électrique 9 à bord d’un aéronef 1, en particulier un avion de transport. Un avion de transport peut être civil ou militaire. Un équipement électrique 9 peut être, par exemple, un moteur électrique dans le cadre d’une motorisation hybride des moyens de propulsion de l’aéronef 1. Par convention, dans la présente demande, les termes « avant » et «arrière », sont utilisés en référence à un positionnement par rapport au fuselage 3 de l’aéronef 1 qui s’étend selon un axe longitudinal X-X, du nez vers les empennages. Par ailleurs, les termes « dessus » et « dessous » sont définis par rapport à un axe transversal Y-Y qui est perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X de la soute de l’aéronef 1 vers le haut du fuselage 3. Ainsi, on entend par « longitudinal » ou « longitudinalement » toute direction parallèle à l’axe X-X, et par « transversalement » ou « transversal » toute direction parallèle à l’axe Y-Y. Dans un mode de réalisation préféré, et tel que représenté schématiquement sur la , le système 2 est monté dans le fuselage 3 de l’aéronef 1. Le système 2 selon l’invention comporte un support 4 qui est, de préférence, rigide et qui s’étend suivant l’axe X-X longitudinal. Ce support 4 rigide peut être fixé sur un des planchers de l’aéronef 1 qui sont agencés dans le fuselage 3 de l’aéronef 1. Dans un mode de réalisation particulier, le support 4 est fixé sur un plancher cabine qui supporte usuellement les rangées de sièges des passagers, ou encore la cabine de pilotage. En variante, le support 4 est fixé à un plancher de soute sur lequel sont agencés les bagages ainsi que divers matériels embarqués dans l’aéronef 1. Le support 4 est fixé au plancher quel qu’il soit par n’importe quel moyen bien connu. Le système 2 comporte également une ou plusieurs plateformes 5. La ou chaque plateforme 5 peut être une plaque rigide. Une ou chaque plateforme 5 est agencée au-dessus du support 4 et s’étend parallèlement à celui-ci selon l’axe longitudinal X-X. De préférence, une seule plateforme 5 est agencée au-dessus d’un support 4, bien que le nombre de plateforme 5 au-dessus d’un support 4 puisse être supérieur à 1. Si plusieurs plateformes 5 sont situées au-dessus du support 5, elles peuvent être agencées les unes derrières les autres le long de l’axe X-X ou les unes à côté des autres selon un axe latéral perpendiculaire aux axes X-X longitudinal et Y-Y transversal. En variante, les plateformes 5 sont agencées au-dessus du support 4 suivant les axes latéral et X-X longitudinal. Par ailleurs, selon le mode de réalisation dans lequel le support 4 est fixé au plancher d’une cabine de passagers ou de pilotage, la ou les plateformes 5 supporte(nt) les sièges des passagers qui sont agencées au-dessus d’elle(s), par exemple, une rangée de sièges. En variante de ce mode de réalisation particulier, la ou les plateformes 5 supporte(nt) un seul siège de passagers ou de la cabine de pilotage. Selon le mode de réalisation dans lequel le support 4 est fixé au plancher de soute, la ou les plateformes 5 supporte(nt) les masses inertes, par exemple, les bagages ou divers matériels embarqués dans l’aéronef 1. Selon un mode de réalisation préféré, la plateforme 5 est mobile par rapport au support 4 lorsque le système 2 situé à l’intérieur du fuselage 3 de l’aéronef 1 connaît une variation de pesanteur apparente. Dans le cadre de l’invention, le terme « pesanteur apparente » fait référence à la pesanteur ressentie à l’intérieur de l’aéronef 1 lorsque celui-ci est en vol. En cas de poussée des moteurs par exemple, la portance de l’aéronef 1 augmente et devient supérieure à la pesanteur terrestre de sorte que l‘aéronef 1 monte dans les airs. Cette augmentation de la portance correspond à une accélération dans le sens de la flèche F1 qui augmente la pesanteur apparente ressentie dans l’aéronef 1 selon l’axe Y-Y, comme représenté sur les figures 1 et 2. En cas de diminution de la poussée des moteurs par exemple, la portance de l’aéronef 1 diminue et devient inférieure à la pesanteur terrestre de sorte que l’aéronef 1 descend. La descente de l’aéronef 1 correspond à une accélération selon l’axe Y-Y dans le sens de la flèche F2, comme représenté sur la qui réduit la pesanteur apparente dans l’aéronef 1. Selon un mode de réalisation préféré, la ou chaque plateforme 5 peut se déplacer vers le support 4 dans le sens de la flèche F2 lorsque la pesanteur apparente augmente. Par ailleurs, la ou chaque plateforme 5 peut s’éloigner du support 4 dans le sens de la flèche F1 lorsque la pesanteur apparente diminue. Le système 1 comporte, de plus, au moins un dispositif de guidage 6. Comme représenté sur la figure 1, le ou chaque dispositif de guidage 6 relie le support 4 à la ou chaque plateforme 5 mobile. Chaque dispositif de guidage 6 permet de guider le déplacement rectiligne selon l’axe Y-Y transversal d’une plateforme 5 par rapport au support 4. Pour des raisons de tenues mécaniques, le ou chaque dispositif de guidage 6 peut être fixé sur chacune des extrémités avant et arrière d’une plateforme 5 et du support 4 auquel elle est reliée. En variante, le dispositif de guidage 6 peut être fixé sur des côtés de la plateforme 5 et du support 4 selon l’axe latéral. Dans chacun de ces modes de réalisation, le dispositif de guidage 6 guide le déplacement de la plateforme 5 uniquement selon l’axe Y-Y transversal. Selon un premier mode de réalisation particulier, le dispositif de guidage 6 est formé par des rails 7 de sorte qu’ils permettent une liaison de type glissière entre le support 4 fixé au plancher et la plateforme 5 mobile. Comme représenté sur la figure 1, ces rails 7 sont agencés dans un plan perpendiculaire au plan dans lequel sont situés le support 4 et la plateforme 5 de sorte qu’ils guident le glissement de la plateforme 5 vers le support 4 ou loin du support 4 en fonction de la variation de pesanteur apparente le long de l’axe Y-Y. Dans un second mode de réalisation particulier, le dispositif de guidage 6 comprend une pluralité de rotules fixées de part et d’autre à la plateforme 5 et au support 4. Ces rotules (non représentées) peuvent être agencées sur les extrémités avant et arrière de la plateforme 5 et du support 4 de sorte que la rotation de chacune des rotules selon l’axe latéral guide le déplacement rectiligne de la plateforme 5 vers ou loin du support 4 le long de l’axe Y-Y transversal. Les rotules peuvent également être agencées sur les côtés latéraux de la plateforme 5 et du support 4 de sorte que le déplacement de la plateforme 5 par rapport au support 4 selon l’axe Y-Y transversal est généré par la rotation de la rotule selon l’axe longitudinal X-X. Le système 2 est également pourvu d’au moins un module de transformation 8 qui est apte à transformer le déplacement relatif de la plateforme 5 par rapport au support 4 en énergie électrique. De préférence, le nombre de module de transformation 8 est égal au nombre de dispositif de guidage 6. Comme représenté sur la , un module de transformation 8 est agencé contre ou à proximité de chaque dispositif de guidage 6 de sorte à récupérer et transformer le travail de déplacement de la ou chaque plateforme 5 par rapport au support 4 en énergie électrique. Selon un mode de réalisation préféré, le module de transformation 8 comporte au moins un moteur dynamo qui convertit ce travail en énergie électrique. Le moteur dynamo peut être un moteur rotatif ou un moteur linéaire. En variante, le module de transformation 8 comporte au moins un moteur en mode générateur électrostatique configuré pour effectuer la conversion du travail en énergie électrique. Ce ou ces générateurs électrostatiques peuvent être des moteurs linéaire ou rotatif. Selon un mode de réalisation particulier, chacun des modules de transformation 8 est relié au moteur électrique 9 permettant la propulsion de l’aéronef 1 par des moyens de liaison 10, par exemple des câbles. Comme représenté sur la , le système 2 comporte également une unité de stockage 11 de l’énergie électrique. L’unité de stockage 11 est reliée par des moyens de liaisons 12, par exemple un ou plusieurs câbles, au module de transformation 8 de sorte à recevoir et stocker l’énergie électrique produite par le module de transformation 8 et transmis par les moyens de liaisons 12. Cette unité de stockage 11 forme une batterie comportant une pluralité de cellules qui sont chargées au cours du vol par l’énergie générée passivement par les variations de vitesse de l’aéronef 1 suivant l’axe transversal Y-Y. L’énergie électrique ainsi stockée peut être utilisée à tout moment pour l’alimentation du moteur électrique 9, dans le cas d’une motorisation hybride de l’aéronef 1, ou de tout autre équipement électrique 9 auquel l’unité de stockage 11 peut être reliée. Dans un mode de réalisation particulier, l’aéronef 1 comporte une pluralité de système 2 de génération passive d’énergie électrique. Ces systèmes 2 peuvent être agencés les uns derrière les autre le long du fuselage 3 de l’aéronef 1. Ils peuvent également être agencés distinctement dans la soute et sous les sièges des passagers et/ou des pilotes. L’aéronef 1, dans lequel est agencé le système 2 permet de mettre en œuvre un procédé de génération passive d’énergie électrique comprenant une succession d’étapes, mise en œuvre par le système 2 au cours de phases successives de montée et de descente. Dans le cadre de l’invention, on entend par « phase de montée », toute phase de vol au cours de laquelle l’aéronef 1 est piloté de sorte que la force de portance selon l’axe Y-Y dépasse la pesanteur terrestre. On entend par « phase de descente », toute phase de vol au cours de laquelle l’aéronef 1 est piloté de sorte que la force de portance selon l’axe Y-Y diminue et devient inférieure à la pesanteur terrestre. L’aéronef 1 subit une accélération dans le sens de la flèche F2. Les modes de pilotage permettant des phases de montée et de descente peuvent comprendre une augmentation ou une diminution de la poussée des moteurs, la prise de courants aériens, etc. Comme représenté sur la , au cours d’une phase de montée, le pilote provoque, par un mode de pilotage particulier, une montée de l’aéronef 1 représentée par les flèches M. Ce mode de pilotage conduit à une augmentation de la portance par rapport à la pesanteur terrestre qui génère une accélération dans le sens de la flèche F1. Cela produit une augmentation de la pesanteur apparente à l’intérieur de l’aéronef 1 qui engendre le déplacement relatif de la ou des plateformes 5 vers le support 4 dans le sens de la flèche F2. La ou chaque plateforme 5 étant reliée au support 4 par des liaisons de type glissière 7 ou de type rotule, son déplacement est rectiligne le long de l’axe transversal Y-Y. Les modules de transformation 8 qui sont connectés à chaque dispositif de guidage 6 récupèrent le travail représentant la variation de la pesanteur apparente le long de chaque dispositif de guidage 6. Ce travail est transformé en énergie électrique par le ou les moteurs présents dans chaque module de transformation 8. Des moyens de liaisons 11 relient chaque module de transformation 8 à un moteur électrique 9 ou un équipement électrique 9 de sorte que l’énergie électrique transformée leur est transmise. En variante, d’autres moyens de liaison 12 relient chaque module de transformation 8 à une unité de stockage 11 comprenant une pluralité de cellules de sorte à stocker l’énergie électrique générée par le système 2 pour une utilisation ultérieure par le moteur électrique 9 ou tout autre équipement électrique 9 embarqué. Comme représenté sur la , au cours de la phase de descente suivante, le pilote engendre, par un second mode de pilotage particulier, une descente de l’aéronef 1 représentée par les flèches D. Ce mode de pilotage génère une accélération dans le sens de la flèche F2 qui produit une diminution de la pesanteur apparente à l’intérieur de l’aéronef 1. Sous l’effet de cette variation de pesanteur apparente, la ou chaque plateforme 5 qui se trouvait près du support 4 s’en éloigne en se déplaçant selon l’axe Y-Y dans le sens de la flèche F1. Le déplacement rectiligne de la ou chaque plateforme 5 est guidée selon l’axe Y-Y par les dispositifs de guidage 6 qui la relie au support 4. Comme au cours de la phase de montée précédente, le travail lié au déplacement relatif de la plateforme 5 est convertie en énergie électrique par le ou les moteurs de chaque module de transformation 8. Cependant, les moteurs fonctionnent de manière inversée dans les phases de montée et de descente. L’énergie électrique générée passive est alors soit stockée dans les unités de stockage 11 soit transmise au moteur électrique et/ou aux équipements électriques 9 embarqués pour leur alimentation immédiate. Le système 2 selon l’invention présente notamment l’avantage de générer passivement de l’énergie électrique en fonction de la manière de piloter l’aéronef 1. Système de génération passive d’énergie électrique pour un aéronef, ledit système (2) étant caractérisé en ce qu’il comporte : - un support (4) s’étendant selon un axe longitudinal, - au moins une plateforme (5) mobile agencée au-dessus dudit support (4) et apte à se déplacer par rapport au support (4) sous l’effet d’une variation de pesanteur apparente dans une direction perpendiculaire audit axe longitudinal (X-X), - au moins un dispositif de guidage (6) qui relie le support (4) à ladite plateforme (6) et qui est configuré pour guider le déplacement de ladite plateforme (5) par rapport audit support (4), et - au moins un module de transformation (8) du déplacement de la plateforme (5) dans le ou chaque dispositif de guidage (6) en énergie électrique. Système (2) de génération passive d’énergie électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte, également, au moins une unité de stockage (11) de ladite énergie électrique générée par le ou chaque module de transformation (8). Système de génération passive d’énergie électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque dispositif de guidage (6) comporte une liaison de type glissière (7) configurée pour guider ledit déplacement de ladite plateforme (5) par rapport audit support (4) par translation suivant ladite direction perpendiculaire à l’axe longitudinal (X-X). Système de génération passive d’énergie électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque dispositif de guidage (6) comporte une liaison de type rotule configurée pour guider ledit déplacement de ladite plateforme (5) par rapport audit support (4) suivant la direction perpendiculaire à l’axe longitudinal (X-X) par rotation autour de l’axe longitudinal. Système de génération passive d’énergie électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque module de transformation (8) comporte une dynamo et/ou un générateur électrostatique. Système de génération passive d’énergie électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque module de transformation (8) peut être un moteur linéaire et/ou un moteur rotatif. Système de génération passive d’énergie électrique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de dispositifs de guidage (6), une pluralité de modules de transformation (8), voire également une pluralité de plateformes (5) agencés sur ledit support (4). Aéronef comportant un système (3) de génération passive d’énergie selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit système (2) étant situé à l’intérieur du fuselage (3) de l’aéronef (1). Aéronef (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (4) du système (2) est fixé à un plancher d’une cabine de passagers de l’aéronef (1), et la ou les plateformes (5) de ce système (2) supporte(nt) des sièges des passagers. Aéronef (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le support (4) du système (2) est fixé à un plancher d’une soute de l’aéronef (1), et la ou les plateformes (5) dudit système (2) supporte(nt) les masses inertes embarquées dans la soute de l’aéronef (1). Procédé de génération passive d’énergie électrique au moyen d’un aéronef (1) selon les revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il consiste à réaliser une succession de phases de montée et de descente de façon à : générer une variation de pesanteur apparente du système (2) situé dans le fuselage (3) selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal du support (4), guider le déplacement de la ou chaque plateforme (5) mobile par rapport audit support (4) dans un ou des dispositifs de guidage (6), transformer le déplacement de la plateforme (5) par rapport au support (4) suivant la direction perpendiculaire à l’axe longitudinal (X-X) en énergie électrique, et transmettre ladite énergie électrique générée pour l’alimentation d’un équipement électrique (9) et/ou stocker ladite énergie électrique générée dans une unité de stockage (11).