Brevet FR3133404A1 — publié le 20230915

Un système de suralimentation en air (1) pour système de conditionnement (SC) de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur (T) d’aéronef à partir de carburant (Q), le système de conditionnement (SC) étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide (QL) issu du réservoir cryogénique (RC) et par un flux d’air d’alimentation (A3) afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux (QG) pour alimenter le turbomoteur (T), le système de suralimentation en air (1) comprenant un échangeur de chaleur (50) configuré pour refroidir un flux d’air haute pression (A2) issu du turbomoteur (T) à partir du flux d’air basse pression (A1) issu du turbomoteur (T), et un compresseur (61) configuré pour comprimer le flux d’air haute pression (A2f) issu de l’échangeur de chaleur (50) en un flux d’air d’alimentation (A3) destiné au système de conditionnement (SC). Figure de l’abrégé : Figure 1 Système de suralimentation en air pour système de conditionnement de carburant et procédé d’utilisation La présente invention concerne le domaine des aéronefs comportant au moins un turbomoteur alimenté par du carburant stocké dans un réservoir de carburant cryogénique. Il est connu de stocker du carburant, en particulier de l’hydrogène, sous forme liquide et à température basse pour limiter l’encombrement et la masse des réservoirs de l’aéronef. Afin de pouvoir être injecté dans la chambre de combustion d’un turbomoteur, le carburant doit être pompé du réservoir et chauffé afin de permettre une combustion optimale. Une telle étape de chauffage est par exemple nécessaire pour réduire le risque de givrage de la vapeur d’eau contenue dans l’air qui circule dans le turbomoteur, en particulier, au niveau des injecteurs de carburant du turbomoteur. Il a été proposé dans l’art antérieur de prévoir un système de conditionnement, alimenté en entrée avec du carburant liquide et de l’air afin de générer en sortie un flux de carburant gazeux. Un tel système de conditionnement permet à l’hydrogène de changer d’état et de passer à l’état gazeux, avant d’être injecté dans la chambre de combustion du turbomoteur pour être consommé. Le flux de carburant gazeux doit être mis à pression suffisante pour être injecté dans le turbomoteur, ce qui impose de prévoir un compresseur supplémentaire apte à générer de très fortes pressions et pouvant résister à de hautes températures. Un tel compresseur est onéreux et est encombrant. L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients. PRESENTATION DE L’INVENTION A cette fin, l’invention concerne un système de suralimentation en air pour système de conditionnement de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique, le système de conditionnement étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide issu du réservoir cryogénique et par un flux d’air d’alimentation issu d’un système de suralimentation en air afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux pour alimenter le turbomoteur, le système de suralimentation en air comprenant : une première prise d’air configurée pour prélever un flux d’air basse pression issu du turbomoteur, une deuxième prise d’air configurée pour prélever un flux d’air haute pression issu du turbomoteur, un échangeur de chaleur configuré pour refroidir le flux d’air haute pression à partir du flux d’air basse pression, un turbocompresseur, comprenant un compresseur et une turbine, reliés l’un à l’autre via un arbre, le compresseur étant configuré pour comprimer le flux d’air haute pression issu de l’échangeur de chaleur en un flux d’air d’alimentation destiné au système de conditionnement, la turbine étant configurée pour entraîner le compresseur en rotation par circulation ou détente du flux d’air basse pression. Ainsi, le système de suralimentation en air permet de comprimer un flux d’air à haute pression via le turbocompresseur, pour ensuite fournir un flux d’air haute pression et à haute température au système de conditionnement. Le flux d’air haute pression participe donc à la hausse de la température à l’intérieur du système de conditionnement, permettant ainsi de générer un flux de carburant gazeux à partir de carburant à l’état liquide. La forte pression du flux d’air à haute pression permet une injection aisée dans le système de conditionnement, en particulier, pour un mélange avec un flux de carburant haute pression. En outre, l’utilisation de flux d’air issus du turbomoteur et d’un turbocompresseur permet de réaliser une compression optimale dans un faible encombrement avec une grande fiabilité. Par flux d’air basse pression, on entend un flux d’air issu d’un prélèvement d’air basse pression, le flux d’air pouvant avoir traversé préalablement une turbine. De préférence encore, le turbomoteur comprend une zone de compression d’air, la première prise d’air et la deuxième prise étant reliées fluidiquement à la zone de compression. De manière avantageuse, on dispose dans la zone de compression d’air de flux d’air ayant différentes pressions. Ainsi, l’air circulant dans la zone de compression est directement utilisé par le système de suralimentation en air. Il n’est pas nécessaire de relier la première prise d’air et la deuxième prise d’air avec l’extérieur de l’aéronef afin de prélever un flux d’air. Cela simplifie le montage du système d’alimentation en air dans les systèmes de conditionnement de carburant tels que décrits. Selon une première forme de réalisation du système de suralimentation en air, le turbomoteur est à double flux et comprend une veine primaire et une veine secondaire s’étendant autour de la veine primaire, l’échangeur de chaleur est configuré pour évacuer le flux d’air basse pression dans la veine secondaire du turbomoteur. Ainsi, le flux d’air basse pression permet ici d’entraîner la turbine et le compresseur (qui sont liés), avant d’être émis dans la veine secondaire afin de participer à la propulsion. De plus, le flux d’air haute pression permet ici d’alimenter le système de conditionnement, en circulant dans le compresseur, mis en rotation grâce au flux d’air basse pression. Selon la première forme de réalisation, la turbine est entraînée par le flux d’air basse pression directement prélevé à la première prise d’air. Selon une deuxième forme de réalisation du système de suralimentation en air : l’échangeur de chaleur étant configuré pour être relié fluidiquement directement à la première prise d’air, la turbine est configurée pour être entraînée par le flux d’air basse pression évacué par l’échangeur de chaleur. Ainsi, le flux d’air basse pression circule ici directement dans l’échangeur de chaleur, afin d’entraîner la turbine et le compresseur, avant d’être évacué vers l’extérieur de l’aéronef. De plus, le flux d’air haute pression permet ici d’alimenter le système de conditionnement, en circulant dans le compresseur, mis en rotation grâce au flux d’air basse pression. De préférence encore, l’invention concerne un ensemble d’un système de conditionnement de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique et d’un système de suralimentation en air, tel que présenté précédemment, le système de conditionnement étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide issu du réservoir cryogénique et par un flux d’air d’alimentation issu du système de suralimentation en air afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux pour alimenter le turbomoteur. L’invention concerne également un ensemble d’au moins un réservoir cryogénique, d’un turbomoteur et d’un ensemble tel que présenté précédemment, pour alimenter le turbomoteur à partir de carburant issu du réservoir cryogénique. De plus, l’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un système de suralimentation en air tel que décrit précédemment, le procédé comprenant des étapes consistant à : refroidir le flux d’air haute pression à partir du flux d’air basse pression, dans l’échangeur de chaleur, puis comprimer le flux d’air haute pression par entrainement de la turbine par le flux d’air basse pression. Selon un premier mode de réalisation du procédé, mis en œuvre par la première forme de réalisation du système de suralimentation en air, le procédé comprend les étapes consistant à : entraîner la turbine à partir du flux d’air basse pression prélevé précédemment par la première prise d’air, puis injecter le flux d’air basse pression dans l’échangeur de chaleur afin de refroidir le flux d’air haute pression. Selon un deuxième mode de réalisation du procédé, mis en œuvre par la deuxième forme de réalisation du système de suralimentation en air, le procédé comprend les étapes consistant à : injecter le flux d’air basse pression directement dans l’échangeur de chaleur, afin de refroidir le flux d’air haute pression, puis entraîner la turbine à partir du flux d’air basse pression évacué par l’échangeur de chaleur. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La est une représentation schématique d’un turbomoteur, d’un système de conditionnement de carburant et d’un système de suralimentation selon l’invention relié à un réservoir cryogénique, La est une représentation schématique d’une première forme de réalisation d’un système de suralimentation en air selon l’invention. La est une représentation schématique d’une deuxième forme de réalisation d’un système de suralimentation en air selon l’invention. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Système de suralimentation en air (1) pour système de conditionnement (SC) de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur (T) d’aéronef à partir de carburant (Q) issu d’un réservoir cryogénique (RC), le système de conditionnement (SC) étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide (QL) issu du réservoir cryogénique (RC) et par un flux d’air d’alimentation (A3) issu d’un système de suralimentation en air (1), afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux (QG) pour alimenter le turbomoteur (T), le système de suralimentation en air (1) comprenant : une première prise d’air (E1) configurée pour prélever un flux d’air basse pression (A1) issu du turbomoteur (T), une deuxième prise d’air (E2) configurée pour prélever un flux d’air haute pression (A2) issu du turbomoteur (T), un échangeur de chaleur (50) configuré pour refroidir le flux d’air haute pression (A2) à partir du flux d’air basse pression (A1, A1’), un turbocompresseur (60), comprenant un compresseur (61) et une turbine (62), reliés l’un à l’autre via un arbre (63), le compresseur (61) étant configuré pour comprimer le flux d’air haute pression (A2f) issu de l’échangeur de chaleur (50) en un flux d’air d’alimentation (A3) destiné au système de conditionnement (SC), la turbine (62) étant configurée pour entraîner le compresseur (61) en rotation par circulation ou détente du flux d’air basse pression (A1, A1’). Système de suralimentation en air (1) selon la revendication 1, dans lequel le turbomoteur (T) comprend une zone de compression d’air (CA), la première prise d’air (E1) et la deuxième prise d’air (E2) étant reliées fluidiquement à la zone de compression (CA). Système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le turbomoteur (T) est à double flux et comprend une veine primaire et une veine secondaire s’étendant autour de la veine primaire, l’échangeur de chaleur (50) est configuré pour évacuer le flux d’air basse pression (A1’’) dans la veine secondaire du turbomoteur (T). Système de suralimentation selon la revendication 3 dans lequel la turbine (62) est entraînée par le flux d’air basse pression directement prélevé à la première prise d’air (E1). Système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel : l’échangeur de chaleur (50) étant configuré pour être relié fluidiquement directement à la première prise d’air (E1), la turbine (62) est configurée pour être entraînée par le flux d’air basse pression (A1’) évacué par l’échangeur de chaleur (50). Ensemble d’un système de conditionnement (SC) de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur (T) d’aéronef à partir de carburant (Q) issu d’un réservoir cryogénique (RC) et d’un système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 1 à 5, le système de conditionnement (SC) étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide (QL) issu du réservoir cryogénique (RC) et par un flux d’air d’alimentation (A3) issu du système de suralimentation en air (1) afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux (QG) pour alimenter le turbomoteur (T). Ensemble d’au moins un réservoir cryogénique (RC), d’un turbomoteur (T) et d’un ensemble selon la revendication 6, pour alimenter le turbomoteur (T) à partir de carburant (Q) issu du réservoir cryogénique (RC). Procédé d’utilisation d’un système de suralimentation en air (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, le procédé comprenant des étapes consistant à : refroidir le flux d’air haute pression (A2) à partir du flux d’air basse pression (A1), dans l’échangeur de chaleur (50), puis comprimer le flux d’air haute pression (A2f) par entrainement de la turbine (62) par le flux d’air basse pression (A1). Procédé d’utilisation selon la revendication 8 d’un système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 3 à 5, comprenant les étapes consistant à : entraîner la turbine (62) à partir du flux d’air basse pression (A1) prélevé par la première prise d’air (E1), puis injecter le flux d’air basse pression (A1’) dans l’échangeur de chaleur (50) afin de refroidir le flux d’air haute pression (A2). Procédé d’utilisation selon la revendication 8 d’un système selon la revendication 5, comprenant les étapes consistant à : injecter le flux d’air basse pression (A1) prélevé par la première prise (E1) dans l’échangeur de chaleur (50), afin de refroidir le flux d’air haute pression (A2), puis entraîner la turbine (62) à partir du flux d’air basse pression (A1’) évacué par l’échangeur de chaleur (50).