Brevet FR3132729A1 — publié le 20230818

Un ensemble propulsif (1) pour aéronef comportant au moins un organe propulsif (10), une turbomachine à gaz (T) configurée pour entrainer en rotation l’organe propulsif (10), une machine électrique (M), montée, en aval de la turbomachine à gaz (T), comportant un arbre (M1) solidaire en rotation de la turbomachine à gaz (T), la machine électrique (M) étant montée dans une enceinte (2) alimentée par un flux d’air de refroidissement (FR) et au moins un système de refroidissement de la machine électrique (M), monté dans l’enceinte (2), comprenant au moins un organe de ventilation (3), au moins un organe de couplage principal (4) configuré, selon une position de couplage (P1), pour coupler l’arbre (M1) et l’organe de ventilation (3) afin de l’entrainer en rotation et, selon une position de découplage (P2), pour découpler l’arbre (M1) et l’organe de ventilation (3) afin de ne pas l’entrainer en rotation. Figure de l’abrégé : Figure 2 Ensemble propulsif pour aéronef comprenant une turbomachine à gaz et une machine électrique avec un système de refroidissement comprenant un organe de couplage principal et procédé d’utilisation associé La présente invention concerne le domaine des ensembles propulsifs pour aéronef, en particulier, un ensemble propulsif comprenant une turbomachine à gaz associée à une machine électrique pouvant fonctionner en moteur pour assurer la propulsion électrique ou en générateur pour alimenter par exemple une batterie électrique ou un réseau électrique de l’aéronef. De manière connue, en référence à la , on connaît un ensemble propulsif 100 comprenant une turbomachine à gaz T entrainant un organe propulsif 10 pour assurer la propulsion d’un aéronef. La turbomachine à gaz T s’étend axialement selon un axe X et est à double flux. A cet effet, la turbomachine à gaz T comprend une veine primaire V1 dans laquelle circule un flux primaire F1 issu de la chambre de combustion (non représentée) et une veine secondaire V2 dans laquelle circule un flux secondaire F2 qui a été accéléré sans circuler par la chambre de combustion. La turbomachine à gaz T comprend un corps basse pression BP, comportant un compresseur basse pression 11 et une turbine basse pression 14, et un corps haute pression HP, comportant un compresseur haute pression 12 et une turbine haute pression 13. L’ensemble propulsif 100 comprend également une machine électrique M, montée, en aval de la turbomachine à gaz T, comportant un arbre, relié au corps basse pression BP ou au corps haute pression HP de la turbomachine à gaz T. Une machine électrique M comporte des composants électriques qui doivent être refroidis au cours de son utilisation. Le refroidissement est particulièrement critique étant donné que la machine électrique M est positionnée à proximité de la veine primaire V1 dont le flux primaire F1, issu de la chambre de combustion, possède une température élevée. A cet effet, il a été proposé de monter la machine électrique M dans une enceinte, 101 par exemple de forme conique appelée « plug », et de l’alimenter par un flux d’air de refroidissement FR issu de la veine secondaire V2, c’est-à-dire, issu du flux secondaire F2 dont la température est plus faible que celle du flux primaire F1. En pratique, le débit du flux d’air de refroidissement FR dépend du débit du flux secondaire F2 qui dépend lui-même du régime de la turbomachine à gaz T. Dans les faits, cela présente un inconvénient étant donné que les besoins en refroidissement de la machine électrique M sont décorrélés du régime de la turbomachine à gaz T. En outre, le refroidissement d’une machine électrique M doit être réalisé de manière homogène afin d’éviter l’apparition de points chauds. En pratique, les zones de la machine électrique M qui sont éloignées de l’entrée de flux d’air de refroidissement FR dans l’enceinte 101 sont insuffisamment refroidies, ce qui affecte le rendement global de la machine électrique M ou sa plage d’utilisation. L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un ensemble propulsif permettant un refroidissement optimal d’une machine électrique pour tout régime de fonctionnement de la turbomachine. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un ensemble propulsif pour aéronef comportant : Au moins un organe propulsif configuré pour participer à la propulsion de l’aéronef par accélération d’un flux d’air circulant selon un axe longitudinal d’amont vers l’aval, Une turbomachine à gaz configurée pour entrainer en rotation l’organe propulsif, la turbomachine à gaz comprenant un corps basse pression, un corps haute pression et une chambre de combustion, la turbomachine à gaz étant à double flux et comprenant une veine primaire dans laquelle circule un flux primaire issu de la chambre de combustion, et une veine secondaire dans laquelle circule un flux secondaire contournant la chambre de combustion, Une machine électrique, montée, en aval de la turbomachine à gaz, comportant un arbre solidaire en rotation de la turbomachine à gaz, la machine électrique étant montée dans une enceinte alimentée par un flux d’air de refroidissement issu de la veine secondaire, et Au moins un système de refroidissement de la machine électrique, monté dans l’enceinte, comprenant : au moins un organe de ventilation configuré pour être entrainé en rotation dans l’enceinte par l’arbre, Au moins un organe de couplage principal configuré, selon une position de couplage, pour coupler l’arbre et l’organe de ventilation afin de l’entrainer en rotation et, selon une position de découplage, pour découpler l’arbre et l’organe de ventilation afin de ne pas l’entrainer en rotation. Cela permet de manière avantageuse de ventiler de manière forcée et avec un débit d’air suffisant la machine électrique et/ou son enceinte. De manière avantageuse, même lorsque la turbomachine à gaz est éteinte, la machine électrique peut être utilisée comme moteur pour mettre en rotation l’organe de ventilation et refroidir l’enceinte. En outre, grâce à l’organe de couplage principal, la ventilation peut être découplée lors de certaines phases de fonctionnement de la turbomachine à gaz, en particulier, à très haute vitesse et à basse vitesse. Dans l’art antérieur, le flux d’air de refroidissement dépend directement du régime de la turbomachine à gaz. Il en résulte que le débit d’air de refroidissement n’est pas toujours en adéquation avec les besoins de refroidissement. Grâce à l’organe de couplage principal, il est possible de découpler l’organe de ventilation pour l’entrainer à une vitesse de rotation correspondant aux besoins de refroidissement. De manière préférée, l’arbre ayant une vitesse de rotation, l’organe de couplage principal est configuré pour commuter en position de découplage lorsque la vitesse de rotation est supérieure à un seuil haut prédéterminé. Cela permet de protéger l’organe de ventilation qui est susceptible de s’endommager à très haute vitesse. Cela permet d’éviter de recourir à un organe de ventilation lourd et volumineux pouvant être entrainé à haute vitesse. De préférence, l’arbre ayant une vitesse de rotation, l’organe de couplage principal est configuré pour commuter en position de découplage lorsque la vitesse de rotation est inférieure à un seuil bas prédéterminé. A une faible vitesse de l’arbre, la ventilation forcée est insuffisante. L’organe de couplage principal permet de réaliser un découplage afin de permettre un entrainement indépendant de celui de l’arbre de la machine électrique. De manière préférée, l’organe de couplage principal est choisi parmi l’ensemble comprenant : un visco-coupleur à poudre, un embrayage mécanique à disque, un coupleur centrifuge, une roue libre, un coupleur magnétique, un arbre cannelé couplé à un actionneur longitudinal. Un tel organe de couplage principal permet de commuter de position de manière précise et automatique pour une plage de vitesse prédéterminée. Selon un aspect préféré, le système de refroidissement comporte une source de puissance auxiliaire configurée pour entrainer en rotation l’organe de ventilation de manière indépendante de l’arbre. Ainsi, de manière avantageuse, l’organe de ventilation peut être entrainé en rotation à une vitesse prédéfinie et pilotée par la source auxiliaire lorsque l’arbre est entrainé en rotation à basse vitesse potentiellement insuffisante pour assurer les fonctions optimales de refroidissement. De préférence, le système de refroidissement comporte un organe de couplage auxiliaire, monté entre la source de puissance auxiliaire et ledit organe de ventilation, configuré, selon une position de couplage, pour coupler la source de puissance auxiliaire et ledit organe de ventilation afin de l’entrainer en rotation et, selon une position de découplage, pour découpler la source de puissance auxiliaire et ledit organe de ventilation afin de ne pas l’entrainer en rotation. Ainsi, l’organe de couplage principal et l’organe de couplage auxiliaire permettent de s’assurer que l’organe de ventilation n’est entrainé que par une source motrice à la fois, ce qui limite le risque d’endommagement. De manière préférée, le système de refroidissement comprend au moins un organe de multiplication, monté entre l’arbre et l’organe de ventilation, configuré pour entrainer en rotation ledit organe de ventilation à une vitesse différente de celle de la vitesse dudit arbre. De manière préférée, l’organe de multiplication possède un coefficient de multiplication supérieur à 1 de manière à accélérer l’organe de ventilation et obtenir des performances de ventilation améliorées. Cela est particulièrement pertinent lorsque l’arbre est entrainé à une vitesse qui est faible. Selon un aspect, l’organe de multiplication est monté entre l’organe de couplage principal et l’organe de ventilation. Selon un autre aspect, l’organe de multiplication est monté entre l’arbre et l’organe de couplage principal. De préférence, l’ensemble comprend au moins un organe de couplage global, monté entre l’arbre et la turbomachine à gaz, configuré, selon une position de couplage, pour coupler la turbomachine à gaz à l’arbre pour les solidariser en rotation et, selon une position de découplage, pour découpler la turbomachine à gaz de l’arbre. Un tel organe de couplage global permet de coupler/découpler la machine électrique de la turbomachine à gaz en fonction des besoins. Cela est particulièrement avantageux pour éviter de prélever de la puissance mécanique sur la turbomachine à gaz dans certains modes de fonctionnement. De préférence, le système de refroidissement comprend au moins un organe de ventilation monté en aval de la machine électrique. Cela permet avantageusement d’engendrer une aspiration du flux d’air de refroidissement tout en maximisant l’utilisation de l’espace disponible dans l’enceinte « plug ». La machine électrique peut ainsi être montée au plus près de la turbomachine à gaz, avec des lignes aérodynamiques plus avantageuses. De préférence, le système de refroidissement comprend au moins un premier organe de ventilation monté en amont de la machine électrique et au moins un deuxième organe de ventilation monté en aval de la machine électrique. Un tel montage en « tandem » permet d’optimiser l’espace disponible dans l’enceinte tout en permettant une circulation optimale du flux d’air de refroidissement. Cela permet en outre de définir deux étages de compression afin de limiter le taux de compression par étage afin d’éviter de faire fonctionner les étages dans des conditions de fonctionnement dégradées pouvant entrainer un refroidissement suboptimal. Selon un aspect de l’invention, l’enceinte comprend une paroi de séparation périphérique définissant au moins une sous-enceinte intérieure, dans laquelle est montée la machine électrique, et une sous-enceinte extérieure. Au moins un premier organe de ventilation est monté dans la sous-enceinte extérieure et au moins un deuxième organe de ventilation est monté dans la sous-enceinte intérieure de manière à refroidir de manière optimale chaque sous-enceinte. La sous-enceinte extérieure remplit avantageusement une fonction de barrière thermique en protégeant la sous-enceinte intérieure dans laquelle est montée la machine électrique contre la chaleur issue de la veine primaire. L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif pour aéronef tel que présenté précédemment, l’arbre étant couplé à l’organe de ventilation afin de l’entrainer en rotation, le procédé comprenant une étape consistant à découpler l’organe de ventilation de l’arbre afin de ne pas l’entrainer en rotation. Ainsi, pour certains modes de fonctionnement de l’ensemble propulsif, l’organe de ventilation peut être découplé pour éviter tout risque d’endommagement ou améliorer la ventilation. L’invention concerne en outre un procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif pour aéronef tel que présenté précédemment, l’arbre étant couplé à l’organe de ventilation afin de l’entrainer en rotation, le procédé comprenant des étapes consistant à : découpler l’organe de ventilation de l’arbre lorsque la vitesse de rotation de l’arbre est inférieure à un seuil bas prédéterminé entrainer en rotation l’organe de ventilation par une source de puissance auxiliaire de manière indépendante de l’arbre. Ainsi, à basse vitesse, la source de puissance auxiliaire prend le relais de l’arbre pour assurer une ventilation satisfaisante. L’invention concerne aussi un procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif pour aéronef tel que présenté précédemment, le procédé comprenant des étapes, selon un mode moteur, consistant à : découpler l’arbre de la turbomachine à gaz, et l’organe de ventilation étant couplé à l’arbre, entrainer en rotation l’organe de ventilation par rotation de l’arbre de manière à refroidir la machine électrique. Ainsi, lorsque la turbomachine à gaz est éteinte, la machine électrique peut être utilisée en mode moteur pour refroidir la machine électrique étant donné que le flux d’air de refroidissement, issu du flux secondaire, possède un débit faible. L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif pour aéronef tel que présenté précédemment, le procédé comprenant des étapes, selon un mode générateur, consistant à : coupler l’arbre à la turbomachine à gaz de manière à ce que la machine électrique génère de l’énergie électrique, l’organe de ventilation étant découplé de l’arbre. Ainsi, lorsque la turbomachine à gaz est en fonctionnement, la machine électrique peut être utilisée en mode générateur pour générer de l’énergie électrique. Aucune puissance mécanique n’est avantageusement prélevée sur l’arbre pour la ventilation afin de maximiser la génération. De manière avantageuse, lorsque la turbomachine à gaz est en fonctionnement le flux d’air de refroidissement, issu du flux secondaire, possède un débit élevé qui est suffisant pour assurer le refroidissement. L’invention concerne un procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif pour aéronef tel que présenté précédemment, dans lequel l’arbre de la machine électrique tourne dans des sens opposés en mode générateur et en mode moteur. 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 ensemble propulsif selon l’art antérieur. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon une première forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique rapprochée de la machine électrique de la . La est une représentation schématique des positions de couplage/découplage en fonction de la vitesse de l’arbre de la machine électrique. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon une deuxième forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’une variante de la deuxième forme de réalisation de l’invention de la . La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon une troisième forme de réalisation de l’invention selon une première variante. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon la troisième forme de réalisation de l’invention selon une deuxième variante. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon une quatrième forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon une cinquième forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon une première variante de la cinquième forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un ensemble propulsif selon une deuxième variante de la cinquième forme de réalisation de l’invention. La et la sont des représentations schématiques de l’ensemble propulsif selon la deuxième forme de réalisation de l’invention lors d’un couplage/découplage de l’organe de couplage principal. La et la sont des représentations schématiques de l’ensemble propulsif selon la quatrième forme de réalisation de l’invention lors d’un couplage/découplage de l’organe de couplage global. 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. Ensemble propulsif (1) pour aéronef comportant : Au moins un organe propulsif (10) configuré pour participer à la propulsion de l’aéronef par accélération d’un flux d’air (F) circulant selon un axe longitudinal (X) d’amont vers l’aval, Une turbomachine à gaz (T) configurée pour entrainer en rotation l’organe propulsif (10), la turbomachine à gaz (T) comprenant un corps basse pression (BP), un corps haute pression (HP) et une chambre de combustion, la turbomachine à gaz (T) étant à double flux et comprenant une veine primaire (V1) dans laquelle circule un flux primaire (F1) issu de la chambre de combustion, et une veine secondaire (V2) dans laquelle circule un flux secondaire (F2) contournant la chambre de combustion, Une machine électrique (M), montée, en aval de la turbomachine à gaz (T), comportant un arbre (M1) solidaire en rotation de la turbomachine à gaz (T), la machine électrique (M) étant montée dans une enceinte (2) alimentée par un flux d’air de refroidissement (FR) issu de la veine secondaire (V2), et Au moins un système de refroidissement de la machine électrique (M), monté dans l’enceinte (2), comprenant : au moins un organe de ventilation (3) configuré pour être entrainé en rotation dans l’enceinte (2) par l’arbre (M1), Au moins un organe de couplage principal (4) configuré, selon une position de couplage (P1), pour coupler l’arbre (M1) et l’organe de ventilation (3) afin de l’entrainer en rotation et, selon une position de découplage (P2), pour découpler l’arbre (M1) et l’organe de ventilation (3) afin de ne pas l’entrainer en rotation. Ensemble propulsif (1) selon la revendication 1, dans lequel, l’arbre (M1) ayant une vitesse de rotation (VM), l’organe de couplage principal (4) est configuré pour commuter en position de découplage (P2) lorsque la vitesse de rotation (VM) est supérieure à un seuil haut prédéterminé (S2). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel, l’arbre (M1) ayant une vitesse de rotation (VM), l’organe de couplage principal (4) est configuré pour commuter en position de découplage (P2) lorsque la vitesse de rotation (VM) est inférieure à un seuil bas prédéterminé (S1). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, l’organe de couplage principal (4) est choisi parmi l’ensemble comprenant : un visco-coupleur à poudre, un embrayage mécanique à disque, un coupleur centrifuge, une roue libre, un coupleur magnétique. Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel, le système de refroidissement comprend une source de puissance auxiliaire (5) configurée pour entrainer en rotation l’organe de ventilation (3) de manière indépendante de l’arbre (M1). Ensemble propulsif (1) selon la revendication 5, dans lequel, le système de refroidissement comprend un organe de couplage auxiliaire (4’), monté entre la source de puissance auxiliaire (5) et ledit organe de ventilation (3), configuré, selon une position de couplage, pour coupler la source de puissance auxiliaire (5) et ledit organe de ventilation (3) afin de l’entrainer en rotation et, selon une position de découplage, pour découpler la source de puissance auxiliaire (5) et ledit organe de ventilation (3) afin de ne pas l’entrainer en rotation. Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel, le système de refroidissement comprend au moins un organe de multiplication (6), monté entre l’arbre (M1) et l’organe de ventilation (3), configuré pour entrainer en rotation ledit organe de ventilation (3) à une vitesse différente de celle de la vitesse dudit arbre (M1). Ensemble propulsif (1) selon la revendication 7, dans lequel l’organe de multiplication (6) est monté entre l’organe de couplage principal (4) et l’organe de ventilation (3). Ensemble propulsif (1) selon la revendication 7, dans lequel l’organe de multiplication (6) est monté entre l’arbre (M1) et l’organe de couplage principal (4). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant au moins un organe de couplage global (7), monté entre l’arbre (M1) et la turbomachine à gaz (T), configuré, selon une position de couplage, pour coupler la turbomachine à gaz (T) à l’arbre (M1) pour les solidariser en rotation et, selon une position de découplage, pour découpler la turbomachine à gaz (T) de l’arbre (M1). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel, le système de refroidissement comprend au moins un organe de ventilation (3) monté en aval de la machine électrique (M). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel, le système de refroidissement comprend au moins un premier organe de ventilation (3) monté en amont de la machine électrique (M) et au moins un deuxième organe de ventilation (3) monté en aval de la machine électrique (M). Ensemble propulsif (1) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel, l’enceinte (2) comprenant une paroi de séparation périphérique (8) définissant au moins une sous-enceinte intérieure (21), dans laquelle est montée la machine électrique (M), et une sous-enceinte extérieure (22), au moins un premier organe de ventilation (3) est monté dans la sous-enceinte extérieure (22) et au moins un deuxième organe de ventilation (3) est monté dans la sous-enceinte intérieure (21). Procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif (1) pour aéronef selon l’une des revendications 1 à 13, l’arbre (M1) étant couplé à l’organe de ventilation (3) afin de l’entrainer en rotation, le procédé comprenant une étape consistant à : découpler l’organe de ventilation (3) de l’arbre (M1) afin de ne pas l’entrainer en rotation. Procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif (1) pour aéronef selon les revendications 3 et 5, l’arbre (M1) étant couplé à l’organe de ventilation (3) afin de l’entrainer en rotation, le procédé comprenant des étapes consistant à : découpler l’organe de ventilation (3) de l’arbre (M1) lorsque la vitesse de rotation (VM) de l’arbre (M1) est inférieure à un seuil bas prédéterminé (S1) entrainer en rotation l’organe de ventilation (3) par une source de puissance auxiliaire (5) de manière indépendante de l’arbre (M1). Procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif (1) pour aéronef selon la revendication 10, le procédé comprenant des étapes, selon un mode moteur, consistant à : découpler l’arbre (M1) de la turbomachine à gaz (T), et l’organe de ventilation (3) étant couplé à l’arbre (M1), entrainer en rotation l’organe de ventilation (3) par rotation de l’arbre (M1) de manière à refroidir la machine électrique (M). Procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif (1) pour aéronef selon la revendication 10, le procédé comprenant des étapes, selon un mode générateur, consistant à : coupler l’arbre (M1) à la turbomachine à gaz (T) de manière à ce que la machine électrique génère de l’énergie électrique, l’organe de ventilation (3) étant découplé de l’arbre (M1). Procédé d’utilisation d’un ensemble propulsif (1) pour aéronef selon les revendications 16 et 17, dans lequel : l’arbre (M1) de la machine électrique (M) tourne dans des sens opposés en mode générateur et en mode moteur.