Brevet FR3135024A1 — publié le 20231103

L’invention concerne une architecture (101) électrique hybride d’aéronef (103) qui comprend une turbomachine (107) et un réducteur (111) destiné à entraîner en rotation au moins un organe propulseur (105) dudit aéronef (103). L’architecture (101) comprend également un réseau électrique basse tension (113) avec au moins une machine électrique basse tension (117, 118) montée sur le réducteur (111) ou sur la turbomachine (107) et un réseau électrique haute tension (125) avec des machines électriques haute tension (129) montées sur la turbomachine (107). Figure pour l'abrégé : Figure 1 ARCHITECTURE ELECTRIQUE HYBRIDE D’AERONEF L’invention est relative au domaine des aéronefs à propulsion dite hybride, c’est-à-dire des aéronefs qui combinent à la fois deux sources propulsives de nature différente, par exemple une source thermique et une source électrique. Elle concerne en particulier une architecture électrique hybride d’aéronef. Le document FR-A1-2 962 404 décrit une architecture électrique hybride dans laquelle un réseau électrique auxiliaire est dit dé-connectable. L’architecture décrite dans ce document est une architecture électrique hybride dite parallèle dans laquelle, d’une part, deux machines électriques haute tension sont montées sur la boite de transmission principale et ont un fonctionnement réversible c’est-à-dire qu’elles sont capables à la fois de fournir du couple à un ou plusieurs rotors via la boîte de transmission principale ou de générer une énergie électrique à partir d’un prélèvement de couple d’un ou plusieurs arbres via la boîte de transmission principale. Et, d’autre part, une machine électrique dite basse tension (i.e. qui fonctionne par exemple à 28 Volts) est entrainée par le corps haute pression de la turbomachine de l’aéronef pour fonctionner comme une génératrice (d’énergie électrique) ou comme un moteur pour démarrer la turbomachine. Même si cette architecture permet théoriquement de transférer de la puissance électrique entre les machines électriques basse tension et haute tension, elle présente toutefois plusieurs inconvénients. D’abord, la machine électrique basse tension ne peut fonctionner en mode moteur que pendant le démarrage de la turbomachine. Elle ne peut pas assister mécaniquement le corps haute pression de la turbomachine (en fournissant du couple) en continu au-delà de 80%N1. En effet, le design de la machine électrique et de la boîte d’accessoires (ou AGB de l’anglais « accessory gearbox ») entraîne qu’il n’est pas possible de fournir du couple moteur pour entraîner le corps haute pression au-delà d’environ 50 à 60 %N1. Cela est lié notamment à la technologie actuelle des machines électriques utilisées comme démarreur/générateur et au fait qu’un tel besoin n’a pas été identifié jusqu’à présent. Par ailleurs, un fonctionnement à basse tension induit rapidement des courants électriques élevés pour pouvoir transférer des puissances significatives (de l’ordre de quelques dizaines de kiloWatts) ce qui implique d’utiliser des sections importantes des conducteurs électriques et qui conduit à une masse élevée. En outre, le transfert de la puissance électrique depuis la machine électrique basse tension vers une machine électrique haute tension se fait via deux tensions de réseaux différentes ce qui implique l’utilisation d’un convertisseur et réduit par conséquent fortement le rendement de ce transfert de puissance. En outre, cela créé un point commun entre les réseaux basse tension et haute tension qui augmente le risque de propagation de pannes entre les deux réseaux. Enfin, la pénalité de masse liée à l’utilisation d’une batterie haute tension dans l’architecture peut être rédhibitoire pour des missions de travail aérien. La présente invention propose une solution à ces inconvénients. En particulier, les objectifs de l’invention sont à la fois de permettre un transfert de puissance entre le corps haute pression et le corps basse pression ou la boîte de transmission principale de l’aéronef, dans les deux sens possibles de transfert, en utilisant un réseau haute tension (également appelé réseau électrique d’hybridation interne) uniquement (c’est-à-dire sans solliciter le réseau basse tension utilisé pour alimenter les équipements de l’aéronef) et de permettre d’isoler le réseau électrique d’hybridation interne (i.e. le réseau électrique propulsif) des réseaux électriques destinés à l’alimentation des équipements de l’aéronef (i.e. le réseau électrique non-propulsif). En d’autres termes, il s’agit de réaliser une ségrégation des réseaux électriques non propulsifs et propulsifs. À cet effet, l’invention selon un premier aspect a pour objet une architecture électrique hybride d’aéronef, ladite architecture comprenant une turbomachine et un réducteur destiné à entraîner en rotation au moins un organe propulseur dudit aéronef, ladite architecture comprenant en outre, un réseau électrique basse tension comprenant un stockeur d’énergie électrique basse tension et au moins une machine électrique basse tension connectés électriquement à un premier bus électrique destiné à alimenter en énergie électrique des charges de l’aéronef, et, un réseau électrique haute tension comprenant deux machines électriques haute tension connectées électriquement à un second bus électrique, ledit second bus électrique étant connecté électriquement au premier bus électrique par l’intermédiaire d’un convertisseur électrique dudit réseau électrique haute tension et d’un premier contacteur dudit réseau électrique basse tension, ladite architecture étant caractérisée en ce que, les deux machines électriques haute tension sont montées sur la turbomachine et couplées chacune mécaniquement à un arbre de ladite turbomachine, et, au moins une machine électrique basse tension est montée sur le réducteur ou sur la turbomachine et couplée mécaniquement audit réducteur ou à un arbre de ladite turbomachine. Selon un mode de réalisation, une première machine électrique haute tension est montée sur un corps basse pression de la turbomachine et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps basse pression, une seconde machine électrique haute tension est montée sur un corps haute pression de la turbomachine et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps haute pression, et une première machine électrique basse tension est couplée mécaniquement au réducteur. Selon un autre mode de réalisation, le réseau haute tension comprend en outre un stockeur d’énergie électrique haute tension connecté au second bus électrique, de préférence par l’intermédiaire d’un dispositif de protection électrique. Selon un autre mode de réalisation, une première machine électrique haute tension est montée sur un corps basse pression de la turbomachine et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps basse pression, une seconde machine électrique haute tension est montée sur un corps haute pression de la turbomachine et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps haute pression, et une première machine électrique basse tension est également montée sur le corps haute pression de la turbomachine et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps haute pression. Selon un autre mode de réalisation, la seconde machine électrique haute tension et la première machine électrique basse tension sont des enroulements distincts d’une machine électrique à double enroulements, ces enroulements distincts étant isolés l’un de l’autre par une isolation galvanique. Selon un autre mode de réalisation, une seconde machine électrique basse tension est montée sur le corps basse pression de la turbomachine et couplée à un arbre dudit corps basse pression. Selon un autre mode de réalisation, la première machine électrique haute tension et la seconde machine électrique basse tension sont des enroulements distincts d’une machine électrique à double enroulements, ces enroulements distincts étant isolés l’un de l’autre par une isolation galvanique. Selon un autre mode de réalisation, la première machine électrique basse tension et la seconde machine électrique basse tension sont respectivement couplées mécaniquement à des prises de mouvement du corps haute pression de la turbomachine et du corps basse pression de la turbomachine distincts de prises de mouvement dudit corps haute pression et dudit corps basse pression auxquels sont couplées la première machine électrique haute tension et la seconde machine électrique haute tension. Selon un autre mode de réalisation, les machines électriques haute tension sont connectées électriquement au second bus électrique par l’intermédiaire de deuxièmes contacteurs et l’au moins une machine électrique basse tension est connectée électriquement au premier bus électrique par l’intermédiaire d’au moins un troisième contacteur. En outre, l’invention selon un second aspect concerne également, un aéronef comprenant une turbomachine configurée pour entraîner en rotation un organe propulseur et une architecture électrique hybride selon le premier aspect. La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une représentation schématique d’un aéronef comprenant une architecture électrique hybride selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique d’un aéronef comprenant une architecture électrique hybride selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique d’un aéronef comprenant une architecture électrique hybride selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; la est une représentation schématique d’un aéronef comprenant une architecture électrique hybride selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; et, la est une représentation schématique d’un aéronef comprenant une architecture électrique hybride selon un cinquième mode de réalisation de l’invention. Architecture (101) électrique hybride d’aéronef (103), ladite architecture (101) comprenant une turbomachine (107) et un réducteur (111) destiné à entraîner en rotation au moins un organe propulseur (105) dudit aéronef (103), ladite architecture (101) comprenant en outre, un réseau électrique basse tension (113) comprenant un stockeur d’énergie électrique basse tension (115) et au moins une machine électrique basse tension (117, 118) connectés électriquement à un premier bus électrique (119) destiné à alimenter en énergie électrique des charges (121) de l’aéronef (103), et, un réseau électrique haute tension (125) comprenant deux machines électriques haute tension (129) connectées électriquement à un second bus électrique (131), ledit second bus électrique (131) étant connecté électriquement au premier bus électrique (119) par l’intermédiaire d’un convertisseur électrique (133) dudit réseau électrique haute tension (125) et d’un premier contacteur (135) dudit réseau électrique basse tension (113), ladite architecture (101) étant caractérisée en ce que, les deux machines électriques haute tension (129) sont montées sur la turbomachine (107) et couplées chacune mécaniquement à un arbre (139, 141) de ladite turbomachine (107), et, au moins une machine électrique basse tension (117, 118) est montée sur le réducteur (111) ou sur la turbomachine (107) et couplée mécaniquement audit réducteur (111) ou à un arbre de ladite turbomachine (107). Architecture (101) selon la revendication 1, dans laquelle une première machine électrique haute tension (129) est montée sur un corps basse pression (139) de la turbomachine (107) et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps basse pression (139), une seconde machine électrique haute tension (129) est montée sur un corps haute pression (141) de la turbomachine (107) et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps haute pression (141), et une première machine électrique basse tension (117) est couplée mécaniquement au réducteur (111). Architecture (101) selon la revendication 2, dans laquelle le réseau haute tension (125) comprend en outre un stockeur d’énergie électrique haute tension (147) connecté au second bus électrique (131), de préférence par l’intermédiaire d’un dispositif de protection électrique (149). Architecture (101) selon la revendication 1, dans laquelle une première machine électrique haute tension (129) est montée sur un corps basse pression (139) de la turbomachine (107) et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps basse pression (139), une seconde machine électrique haute tension (129) est montée sur un corps haute pression (141) de la turbomachine (107) et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps haute pression (141), et une première machine électrique basse tension (118) est également montée sur le corps haute pression (141) de la turbomachine (107) et couplée mécaniquement à un arbre dudit corps haute pression (141). Architecture (101) selon la revendication 4, dans laquelle la seconde machine électrique haute tension (129) et la première machine électrique basse tension (118) sont des enroulements distincts d’une machine électrique à double enroulements (151), ces enroulements distincts étant isolés l’un de l’autre par une isolation galvanique. Architecture (101) selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans laquelle une seconde machine électrique basse tension (117) est montée sur le corps basse pression (139) de la turbomachine (107) et couplée à un arbre dudit corps basse pression (139). Architecture (101) selon la revendication 6, dans laquelle la première machine électrique haute tension (129) et la seconde machine électrique basse tension (117) sont des enroulements distincts d’une machine électrique à double enroulements (151), ces enroulements distincts étant isolés l’un de l’autre par une isolation galvanique. Architecture (101) selon la revendication 6, dans laquelle la première machine électrique basse tension (118) et la seconde machine électrique basse tension (117) sont respectivement couplées mécaniquement à des prises de mouvement du corps haute pression (141) de la turbomachine (107) et du corps basse pression (139) de la turbomachine (107) distinctes de prises de mouvement dudit corps haute pression (141) et dudit corps basse pression (139) auxquels sont couplées la première machine électrique haute tension (129) et la seconde machine électrique haute tension (129). Architecture (101) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les machines électriques haute tension (129) sont connectées électriquement au second bus électrique (131) par l’intermédiaire de deuxièmes contacteurs (143) et l’au moins une machine électrique basse tension (118) est connectée électriquement au premier bus électrique (119) par l’intermédiaire d’au moins un troisième contacteur (145). Aéronef (103) comprenant une turbomachine (107) configurée pour entraîner en rotation un organe propulseur (105) et une architecture (101) électrique hybride selon l’une quelconque des revendications précédentes.