Brevet FR3136131A1 — publié le 20231201

La présente invention concerne un procédé de contrôle et de régulation d’un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride d’aéronef, dans lequel on met en œuvre, y compris en fonctionnement nominal : une détermination à chaque instant, pour différents objectifs et/ou différentes contraintes de fonctionnement nominal du groupe de propulsion et/ou de sustentation, de valeurs de consigne propres à chaque objectif et/ou contrainte pour un paramètre de contrôle du moteur électrique, une agrégation des valeurs de consigne, une commande du moteur électrique en appliquant la valeur de consigne agrégée comme valeur de consigne pour le paramètre de contrôle de la motorisation électrique. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Procédé et système de contrôle et de régulation de motorisations d’un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride pour aéronef DOMAINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention concerne les groupes de propulsion et/ou de sustentation hybrides pour aéronefs. Plus particulièrement, elle propose un procédé et un système de contrôle et de régulation de motorisations de ces groupes. L’invention s’applique typiquement à des groupes de propulsion et/ou de sustentation d’aéronefs à voilure fixe ou tournante tels qu’un hélicoptère ou un aéronef à décollage et atterrissage verticaux (« VTOL » ou « Vertical Take Off Landing » selon la terminologie anglosaxonne généralement utilisée). A l’heure de l’électrification et/ou de l’hybridation des aéronefs, les architectures de groupe de propulsion et/ou de sustentation plus particulièrement à l’étude comprennent au moins une motorisation thermique (tel qu’un turbomoteur) et au moins une motorisation électrique. Ces motorisations sont montées en parallèle pour entrainer un dispositif de propulsion de cet aéronef, qui est par exemple une hélice, un rotor ou une soufflante. Un exemple d’application est un groupe propulsif hybride d’hélicoptère, entraînant les rotors principaux et d’anti-couple de celui-ci. Dans de tels groupes hybrides, la fonction de la motorisation électrique est de redonder la chaine de génération et de fourniture de puissance propulsive pour permettre l’atterrissage de l’aéronef dans des conditions de sécurité satisfaisantes en cas de panne totale ou partielle de ladite chaine de puissance. Cette redondance permet ainsi de pallier la panne du moteur principal thermique et de réaliser un dégagement et/ou un atterrissage d’urgence grâce à la puissance délivrée par le moteur électrique. C’est la raison principale pour laquelle elle a été conçue. Un but général de l’invention est d’optimiser encore le fonctionnement de tels groupes de propulsion et/ou de sustentation hybrides parallèle. Notamment, l’invention propose de réguler efficacement et de façon simple l’entrainement du dispositif de propulsion, dans le cas nominal (c’est-à-dire en l’absence de panne), tout en optimisant des objectifs et en satisfaisant les contraintes de fonctionnement du groupe de propulsion et/ou de sustentation. A cet effet, selon un aspect, l’invention propose un procédé de contrôle d’un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride d’aéronef comprenant une première motorisation comportant au moins un moteur thermique et une seconde motorisation comportant au moins un moteur électrique, lesdites motorisations étant adaptées pour entrainer en parallèle un dispositif de propulsion et/ou de sustentation, dans lequel on met en œuvre, y compris en fonctionnement nominal : une détermination à chaque instant, pour différents objectifs et/ou différentes contraintes de fonctionnement nominal du groupe de propulsion et/ou de sustentation, de valeurs de consigne propres à chaque objectif et/ou contrainte pour un paramètre de contrôle du moteur électrique, une agrégation des valeurs de consigne ainsi déterminées dans une chaine d’opérateurs, les opérateurs de ladite chaine et les valeurs de consigne propres à chaque objectif et/ou contrainte envoyées en entrée de ces opérateurs étant combinées en fonction de priorités des différents objectifs et/ou contraintes les uns par rapport aux autres, une commande du moteur électrique en appliquant la valeur de consigne agrégée en sortie de cette chaine comme valeur de consigne pour le paramètre de contrôle du moteur électrique. Il est ainsi tiré parti des degrés de liberté supplémentaires permis par l’architecture hybride pour optimiser le fonctionnement du groupe propulsif complet, même en l’absence de panne, tout en permettant la prise en compte de multiples contraintes et objectifs dans l’élaboration des lois de contrôle. On notera en outre que le contrôle proposé a l’avantage d’être très facilement adaptable. Il suffit de jouer sur les opérateurs et les combinaisons, ainsi que l’ordre de prise en compte dans la chaine d’opérateurs en fonction des contraintes et objectifs et de la hiérarchie que l’on veut leur donner. Ledit procédé est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : la valeur de consigne agrégée ainsi déterminée est transmise comme valeur de consigne en entrée d’un traitement de contrôle qui assure l’opérabilité et la sécurité du moteur électrique, quelle que soit la valeur de consigne qu’il reçoit ; un paramètre de contrôle est choisi parmi les paramètres suivants : le couple délivré par le moteur électrique, la puissance délivrée par celle-ci, son courant d’alimentation ou une combinaison de ces paramètres ; les opérateurs de fonction d’agrégation sont choisis parmi les opérateurs suivants : min ou max, moyenne, moyenne pondérée ou une combinaison de ces opérateurs ; une valeur de consigne propre à un objectif et/ou contrainte est déterminée par un régulateur statique ou dynamique, linéaire ou non linéaire ou par un régulateur à action intégrale, ledit régulateur étant lui-même déterminé par un traitement anti-emballement; la chaine d’opérateurs est adaptée pour agréger des valeurs de consigne propres à différentes contraintes et/ou objectifs, de la liste suivante : Sécurité du vol par la motorisation électrique alimentée par la batterie afin de garantir un atterrissage en sécurité malgré une perte de puissance du moteur thermique ; Bilan carbone du vol par décharge contrôlée de la batterie au cours du vol afin de moins consommer de carburant ; Limitation de l’endommagement du moteur thermique ; Sécurité de la batterie afin de garantir le respect de ses contraintes de chargement/déchargement en termes de puissance, d’énergie, de courant ou de tension électrique Limitation de l’endommagement batterie, ne faisant contribuer celle-ci que lorsque cela est nécessaire et limitant son chargement/déchargement à des niveaux adéquats en puissance ou en courant ; Sécurité du vol afin de maintenir instantanément la vitesse de rotation du dispositif de propulsion et/ou de sustentation malgré une perte (ou un excès) de puissance du moteur thermique ; Sécurité du moteur électrique afin de respecter ses contraintes de fonctionnement ; Sécurité du moteur thermique afin de respecter ses contraintes de fonctionnement ; Transparence pour le pilotage, afin de ne pas de ne pas générer d’à-coup ou de comportement inadapté perceptible par le pilote lorsque le contrôle fait varier la puissance des deux motorisations (thermique et électrique) : Protection de la chaine mécanique de transmission de puissance ; Sécurité de la chaine électrique ; d’autres contraintes /ou objectifs étant également possibles (minimisation du bruit par exemple) ; un moteur thermique est commandé selon un paramètre de contrôle dudit moteur thermique, corrigé pour compenser l’effet du moteur électrique et assurer une transparence de pilotage ; la chaine d’opérateurs est adaptée pour ne pas solliciter la batterie et le moteur électrique en l’absence d’autres contraintes et objectifs ; la chaine d’opérateurs reçoit également en entrée une valeur de consigne pour la régulation de la vitesse de rotation du dispositif de propulsion par la motorisation électrique, la motorisation électrique contribuant, en mode nominal, à l’entrainement du dispositif de propulsion et/ou de sustentation ; dans cas, on met par exemple en œuvre un filtre fréquentiel passe haut sur la mesure de vitesse du dispositif de propulsion et/ou de sustentation prise en compte pour la détermination de la valeur de consigne agrégée ou sur le paramètre de contrôle de la commande du moteur électrique ; L’invention concerne également un système de contrôle et de régulation d’un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride d’aéronef comprenant une première motorisation comportant au moins un moteur thermique et une deuxième motorisation comportant au moins un moteur électrique, ledit système comportant un système de régulation du moteur thermique et un système de régulation du moteur électrique, dans lequel le système de régulation du moteur électrique et/ou le système de régulation du moteur thermique est(sont) adaptés pour la mise en œuvre du procédé tel que défini précédemment. Elle concerne en outre un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride d’aéronef comprenant une première motorisation comportant au moins un moteur thermique et une deuxième motorisation comportant au moins un moteur électrique, dans lequel ledit groupe comporte un tel système de contrôle. L’invention concerne par ailleurs un aéronef à voilure tournante, comportant un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride tel que défini précédemment. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : – la illustre de façon générale un groupe de propulsion et/ou de sustentation à architecture hybride parallèle ; – la illustre un exemple d’agrégation et de chaine d’opérateurs conforme à un mode de mise en œuvre possible pour l’invention ; – la illustre un exemple d’agrégation et de chaine d’opérateurs conforme à un autre mode de mise en œuvre possible ; – la illustre un autre exemple encore d’agrégation et de chaine d’opérateurs. Procédé de contrôle et de régulation d’un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride d’aéronef comprenant une première motorisation comportant au moins un moteur thermique (1) et une seconde motorisation comportant au moins un moteur électrique (2), lesdites motorisations étant adaptées pour entrainer en parallèle un dispositif de propulsion et/ou de sustentation, procédé dans lequel on met en œuvre, y compris en fonctionnement nominal : une détermination à chaque instant, pour différents objectifs et/ou différentes contraintes de fonctionnement nominal du groupe de propulsion et/ou de sustentation, de valeurs de consigne propres à chaque objectif et/ou contrainte pour un paramètre de contrôle du moteur électrique, une agrégation des valeurs de consigne ainsi déterminées dans une chaine d’opérateurs de fonction d’agrégation, les opérateurs de ladite chaine et les valeurs de consigne propres à chaque objectif et/ou contrainte envoyées en entrée de ces opérateurs étant combinées en fonction de priorités des différents objectifs et/ou contraintes les uns par rapport aux autres, une commande du moteur électrique en appliquant la valeur de consigne agrégée en sortie de cette chaine comme valeur de consigne pour le paramètre de contrôle du moteur électrique. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur de consigne agrégée ainsi déterminée est transmise comme valeur de consigne en entrée d’un traitement de contrôle qui assure l’opérabilité et la sécurité du moteur électrique, quelle que soit la valeur de consigne qu’il reçoit. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel un paramètre de contrôle est choisi parmi les paramètres suivants : le couple délivré par le moteur électrique, la puissance délivrée par celle-ci, son courant d’alimentation ou une combinaison de ces paramètres. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les opérateurs de fonction d’agrégation sont choisis parmi les opérateurs suivants : min ou max, moyenne, moyenne pondérée ou une combinaison de ces opérateurs. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel une valeur de consigne propre à un objectif et/ou contrainte est déterminée par un régulateur statique ou dynamique, linéaire ou non linéaire ou par un régulateur à action intégrale, ledit régulateur étant lui-même déterminé par un traitement anti-windup. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la chaine d’opérateurs est adaptée pour agréger des valeurs de consigne propres à différentes contraintes et/ou objectifs, de la liste suivante : Sécurité du vol par la batterie en cas de perte de puissance du moteur thermique ; Bilan carbone du vol, la décharge de la batterie au cours du vol étant contrôlée et limitant la consommation de carburant ; Limitation de l’endommagement du moteur thermique ; Sécurité du chargement/déchargement de la batterie Limitation de l’endommagement batterie, ne faisant contribuer celle-ci que lorsque cela est nécessaire pour assurer des objectifs plus prioritaires ; Maintien de la vitesse de rotation instantanée du dispositif de propulsion et/ou de sustentation malgré une perte (ou un excès) de puissance du moteur thermique ; Sécurité du moteur électrique en fonctionnement ; Sécurité du moteur thermique en fonctionnement Transparence pour le pilotage : Protection de la chaine mécanique de transmission de puissance Sécurité de la chaine électrique. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel un moteur thermique est commandé selon un paramètre de contrôle dudit moteur thermique, corrigé pour compenser l’effet du moteur électrique et assurer une transparence de pilotage. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la chaine d’opérateurs est adaptée pour ne pas solliciter la batterie et le moteur électrique en l’absence d’autres contraintes et objectifs. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la chaine d’opérateurs reçoit également en entrée une valeur de consigne pour la régulation de la vitesse de rotation du dispositif de propulsion et/ou de sustentation par la motorisation électrique, la motorisation électrique contribuant, en mode nominal, à l’entrainement du dispositif de propulsion et/ou de sustentation. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on met en œuvre un filtre fréquentiel passe haut sur la mesure de vitesse du dispositif de propulsion et/ou de sustentation prise en compte pour la détermination de la valeur de consigne agrégée ou sur le paramètre de contrôle de la commande du moteur électrique. Système de contrôle et de régulation d’un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride d’aéronef comprenant une première motorisation comportant au moins un moteur thermique et une deuxième motorisation comportant au moins un moteur électrique, ledit système comportant un système de régulation du moteur thermique et un système de régulation du moteur électrique, dans lequel le système de régulation du moteur électrique et/ou le système de régulation du moteur thermique est(sont) adaptés pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 10. Groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride d’aéronef comprenant une première motorisation comportant au moins un moteur thermique et une deuxième motorisation comportant au moins un moteur électrique, dans lequel ledit groupe comporte un système de contrôle et de régulation selon la revendication 11. Aéronef à voilure tournante, comportant un groupe de propulsion et/ou de sustentation hybride selon la revendication 12.