Brevet FR3133642A1 — publié le 20230922

Procédé et unité de commande d’ensemble moteur La présente invention concerne un procédé de commande d’un ensemble moteur (100). Cet ensemble moteur (100) comprend un moteur à turbine à gaz (200) et au moins une machine électrique (300, 400) couplée mécaniquement à un arbre rotatif (210, 220) du moteur à turbine à gaz (200) de manière à être entrainée en rotation pour générer de l’électricité. Dans ce procédé de commande, une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300, 400) est modifiée quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz (200) atteint une limite prédéterminée. L’invention concerne également une unité de commande (500) adaptée pour effectuer ce procédé, un ensemble moteur (100) incorporant cette unité de commande (100), la machine électrique (300,400) et le moteur à turbine à gaz (200), et un programme informatique pour effectuer ce procédé. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Procédé et unité de commande d’ensemble moteur La présente invention concerne le domaine technique des ensembles moteurs, et plus particulièrement des ensembles moteurs d’aéronef comprenant au moins une machine électrique et un moteur à turbine à gaz. Dans le domaine des ensembles moteurs, et en particulier des ensembles moteurs incorporant des moteurs à turbine à gaz et utilisés dans l’aviation, on assiste à une importance croissante des prélèvements de puissance mécanique pour des fins secondaires, et en particulier pour la génération électrique. Or, si le moteur à turbine à gaz est dimensionné en fonction des demandes maximales en énergie propulsive et électrique, ceci peut être contraire à son exploitation économique. Afin de résoudre ce problème, il a été proposé dans la publication de demande de brevet européen numéro EP 2 989 007 A1 de réduire temporairement, lors des étapes transitoires d’accélération des moteurs à turbine à gaz d’un aéronef, la puissance mécanique extraite par des générateurs électriques mécaniquement couplés à ces moteurs à turbine à gaz, pour les délester et ainsi faciliter leur accélération, et d’augmenter la puissance mécanique extraite par les générateurs électriques lors des étapes de décélération. En stockant l’excédent d’énergie électrique généré pendant les étapes de décélération pour couvrir tout éventuel déficit en énergie électrique pendant les étapes d’accélération, il peut ainsi être possible de dimensionner plus modestement le moteur à turbine à gaz, tout en couvrant les demandes maximales en puissance mécanique ou poussée et en puissance électrique. Toutefois, les moteurs à turbine à gaz sont aussi soumis à d’autres contraintes opérationnelles, et cela même à des phases autres que les accélérations. La présente divulgation vise à mieux adapter aux contraintes opérationnelles le fonctionnement d’un ensemble moteur d’aéronef comprenant un moteur à turbine à gaz et au moins une machine électrique couplée mécaniquement à un arbre rotatif du moteur à turbine à gaz de manière à être entrainée en rotation pour générer de l’électricité. Pour cela, suivant un premier aspect de cette divulgation, dans un procédé de commande d’un tel ensemble moteur d’aéronef, une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut être modifiée quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz atteint une limite prédéterminée. Grâce à ce changement de la consigne de prélèvement de travail mécanique par la machine électrique, il est possible d’éviter que le paramètre de fonctionnement du moteur de turbine à gaz sorte d’une plage préférée, sans affecter la puissance propulsive ou la poussée qui sont fournies à l’aéronef. Le moteur à turbine à gaz peut être un turboréacteur et en particulier un turboréacteur à soufflante. Toutefois, l’application de ce procédé est également envisageable avec d’autres types de moteur à turbine à gaz pour aéronef, tels que par exemple les turbopropulseurs servant à entrainer au moins une hélice propulsive ou les turbomoteurs servant à entrainer au moins un rotor de sustentation. Ce procédé est par ailleurs applicable aux ensembles moteurs comprenant un réducteur connecté à un arbre rotatif du moteur à turbine à gaz pour l’entrainement d’un organe mécanique par l’arbre basse pression à travers le réducteur, comme par exemple les turboréacteurs à soufflante à réducteur ainsi que la plupart des turbopropulseurs et turbomoteurs. Ledit paramètre de fonctionnement peut notamment être une température à l’intérieur du moteur à turbine à gaz, et sa limite prédéterminée peut être une limite maximale. En particulier, la température peut être une température de gaz dans une tuyère d’échappement du moteur à turbine à gaz et la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut être réduite quand la température augmente jusqu’à la limite maximale, de manière à délester le moteur à turbine à gaz. Ainsi, notamment dans un régime élevé du moteur à turbine à gaz, tel que peut en particulier être atteint au décollage, une réduction temporaire du prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut préserver la puissance propulsive fournie par l’ensemble moteur à l’aéronef, sans que la température des gaz à l’échappement ne devienne trop élevée. Alternativement, toutefois, si le moteur à turbine à gaz comprend au moins un arbre basse pression avec une turbine basse pression et un arbre haute pression avec une turbine haute pression disposée en amont de la turbine basse pression, et la machine électrique est couplée mécaniquement à l’arbre haute pression, la température peut être une température de gaz de combustion en sortie de la turbine basse pression, et la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique peut être réduite quand la température augmente jusqu’à la limite maximale, de manière à délester l’arbre haute pression. Ainsi, il peut notamment être possible d’éviter une surchauffe des turbines pendant un régime de ralenti, qui peut être par exemple un régime auquel l’arbre haute pression tourne à une vitesse non supérieure à 40% d’un régime maximal nominal. Dans ce cas, afin de compenser au moins en partie la diminution de la puissance électrique générée par la machine électrique couplée à l’arbre haute pression, l’ensemble moteur peut comprendre aussi une machine électrique couplée mécaniquement à l’arbre basse pression, et une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique couplée mécaniquement à l’arbre basse pression peut être augmentée quand la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique couplée mécaniquement à l’arbre haute pression est réduite. Toutefois, alternativement à une température, ledit paramètre de fonctionnement peut être une fonction d’un débit de carburant fourni à une chambre de combustion du moteur à turbine à gaz, comme par exemple ledit débit de carburant divisé par une pression statique en entrée de la chambre de combustion du moteur à turbine à gaz, éventuellement normalisé en fonction d’une température d’admission, et la consigne de prélèvement de puissance mécanique peut être réduite quand le paramètre de fonctionnement augmente jusqu’à une limite maximale et/ou augmentée quand le paramètre de fonctionnement descend jusqu’à une limite minimale. Ainsi, on peut notamment obtenir des montées en régime plus rapides sans tout en respectant une limite maximale du débit de carburant pour éviter des phénomènes de pompage, notamment d’un compresseur haute pression, et/ou des descentes en régime plus rapides en respectant une limite minimale du débit de carburant pour éviter d’éteindre la combustion. Ledit travail mécanique peut notamment être commandé en boucle ouverte. Alternativement, toutefois, ledit travail mécanique pourrait être commandé en boucle fermée, c’est-à-dire en fonction d’une valeur de rétroaction. Un deuxième aspect de cette divulgation concerne une unité de commande de l’ensemble moteur susmentionné qui peut être adaptée pour commander un changement d’une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz atteint une limite prédéterminée Un troisième aspect de cette divulgation concerne un ensemble moteur comprenant l’unité de commande du deuxième aspect ainsi que la machine électrique et le moteur à turbine à gaz. Un quatrième aspect de cette divulgation concerne un programme d’ordinateur pouvant comprendre des instructions qui, mises en œuvre par une unité de commande de l’ensemble moteur hybride susmentionné, conduisent l’unité de commande à effectuer le procédé de commande du premier aspect. L’objet du présent exposé et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : La est une représentation schématique d’un ensemble moteur suivant des modes de réalisation, comprenant un moteur à turbine à gaz, deux machines électriques et une unité de commande. La est une représentation d’un réseau électrique d’aéronef comprenant deux ensembles moteurs comme celui de la . La est un schéma illustrant un procédé de commande de l’ensemble moteur de la suivant un premier et un deuxième modes de réalisation. La est un schéma illustrant un procédé de commande de l’ensemble moteur de la suivant un troisième mode de réalisation. Procédé de commande d’un ensemble moteur (100) d’aéronef, ledit ensemble moteur (100) comprenant un moteur à turbine à gaz (200) et au moins une machine électrique (300, 400) couplée mécaniquement à un arbre rotatif (210, 220) du moteur à turbine à gaz (200) de manière à être entrainée en rotation pour générer de l’électricité, dans lequel une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300, 400) est modifiée quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz (200) atteint une limite prédéterminée. Procédé de commande suivant la revendication 1, dans lequel le paramètre de fonctionnement est une température à l’intérieur du moteur à turbine à gaz (200), et la limite prédéterminée est une limite maximale. Procédé de commande suivant la revendication 2, dans lequel le moteur à turbine à gaz (200) comprend au moins un arbre basse pression (210) avec une turbine basse pression (270) et un arbre haute pression (220) avec une turbine haute pression (260) disposée en amont de la turbine basse pression (270), la température est une température de gaz de combustion en sortie de la turbine basse pression (270), la machine électrique (400) est couplée mécaniquement à l’arbre haute pression (220), et la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (400) est réduite quand la température augmente jusqu’à la limite maximale, de manière à délester l’arbre haute pression (220). Procédé de commande suivant la revendication 3, dans lequel l’ensemble moteur (100) comprend aussi une machine électrique (300) couplée mécaniquement à l’arbre basse pression (210), et dans lequel une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300) couplée mécaniquement à l’arbre basse pression (210) est augmentée quand la consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (400) couplée mécaniquement à l’arbre haute pression (220) est réduite. Procédé de commande suivant la revendication 2, dans lequel la température est une température de gaz de combustion en amont d’une turbine basse pression (270) du moteur à turbine à gaz (200). Procédé de commande suivant la revendication 1, dans lequel ledit paramètre de fonctionnement est un débit de carburant fourni à une chambre de combustion (250) du moteur à turbine à gaz (200), divisé par une pression statique en entrée de la chambre de combustion (250) du moteur à turbine à gaz (200), et la consigne de prélèvement de puissance mécanique est réduite quand le paramètre de fonctionnement augmente jusqu’à une limite maximale et/ou augmentée quand le paramètre de fonctionnement descend jusqu’à une limite minimale. Procédé de commande suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit prélèvement de puissance mécanique est commandé en boucle ouverte. Procédé de commande suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit prélèvement de puissance mécanique est commandé en boucle fermée. Unité de commande (500) d’un ensemble moteur (100) d’aéronef, ledit ensemble moteur (100) comprenant un moteur à turbine à gaz (200) et au moins une machine électrique (300, 400) couplée mécaniquement à un arbre rotatif (210, 220) du moteur à turbine à gaz (200) de manière à être entrainée en rotation pour générer de l’électricité, l’unité de commande (500) étant caractérisée en ce qu’elle est adaptée pour commander un changement d’une consigne de prélèvement de puissance mécanique par la machine électrique (300, 400) quand un paramètre de fonctionnement du moteur à turbine à gaz (200) atteint une limite prédéterminée. Ensemble moteur (100) d’aéronef comprenant l’unité de commande (500) de la revendication 9 ainsi que la machine électrique (300) et le moteur à turbine à gaz (200).