Brevet FR3134147A1 — publié le 20231006

Dispositif de lubrification amélioré pour turbomachine d’aéronef hybridé Dispositif de lubrification pour turbomachine d’aéronef hybridé, la turbomachine (1) comprenant un moteur thermique et une machine électrique (10) couplés mécaniquement par une transmission de puissance (20), le dispositif de lubrification comprenant un réservoir de récupération d’huile (24) configuré pour stocker de l’huile de lubrification à une première température provenant au moins de la transmission de puissance (20), et une alimentation commune (40) pour alimenter en huile de lubrification à une deuxième température inférieure à la première température un premier canal d’alimentation (51) configuré pour amener l’huile de lubrification à la machine électrique (10), et un deuxième canal d’alimentation (52) configuré pour amener l’huile de lubrification à la transmission de puissance (20), le dispositif de lubrification comprenant un échangeur thermique (60) disposé dans le réservoir de récupération d’huile (24) et comprenant au moins une partie du deuxième canal d’alimentation (52). Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Dispositif de lubrification amélioré pour turbomachine d’aéronef hybridé Le présent exposé concerne le domaine de la propulsion hybride. Plus précisément, le présent exposé concerne un dispositif de lubrification pour turbomachine d’aéronef hybridé, et une turbomachine comprenant un tel dispositif. La propulsion hybride est un axe essentiel pour réduire l’empreinte carbone du transport aérien. En effet, la combinaison de l’énergie thermique avec l’énergie électrique permet de réduire la consommation en carburant et donc les émissions de CO 2 , mais également de diminuer les nuisances sonores et d’améliorer la sécurité. Généralement, l’hybridation nécessite le couplage d’un moteur thermique avec une génératrice (ou machine électrique). Le lien mécanique entre ces deux éléments est assuré par une transmission de puissance telle qu’un boitier d’engrènement (« GearBox » en anglais). Une telle transmission de puissance, comprenant plusieurs roulements, nécessite bien entendu d’être lubrifiée. Dans cette optique, la transmission de puissance peut être amenée à partager un circuit de lubrification avec la machine électrique et/ou le moteur thermique pour des raisons de coût, de complexité, et d’encombrement. Or, un tel circuit commun de lubrification implique des contraintes fonctionnelles portant notamment sur la température de l’huile de lubrification. En effet, le fonctionnement de la machine électrique génère des échauffements importants qui doivent être absorbés par l’huile en circulation. Par ailleurs, la température maximale de l’huile dans la machine électrique ne doit pas dépasser la limite thermique des composants de celle-ci. Ces deux contraintes impliquent l’utilisation d’une huile dite « froide » en entrée, par exemple comprise entre 30° et 50°, pour absorber suffisamment de calories sans augmenter considérablement le débit du circuit d’huile. En outre, la transmission de puissance nécessite idéalement une alimentation en huile dite « chaude », par exemple environ 100°C, pour fonctionner avec un rendement élevé. En effet, un abaissement de la température de l’huile implique une augmentation de sa viscosité et donc une hausse des pertes par frottement visqueux dans les roulements. Par conséquent, dans un tel circuit de lubrification partagé entre la machine électrique et la transmission de puissance, la température de l’alimentation en huile est soumise à deux besoins antagonistes. Dans ce contexte, les solutions existantes impliquent généralement un compromis sur la température d’huile permettant de satisfaire les contraintes liées à la machine électrique et à la transmission de puissance. Ces solutions ne sont toutefois pas optimales en termes de rendement, d’efficacité, ou encore d’encombrement lorsqu’un ou plusieurs échangeurs thermiques sont utilisés pour abaisser les températures maximales dans le circuit de lubrification du fait de la présence d’une machine électrique. Il existe donc un besoin pour un dispositif de lubrification permettant de palier au moins en partie les inconvénients mentionnés ci-dessus. Le présent exposé concerne un dispositif de lubrification pour turbomachine d’aéronef hybridé, la turbomachine comprenant un moteur thermique et une machine électrique couplés mécaniquement par une transmission de puissance, le dispositif de lubrification comprenant : - un réservoir de récupération d’huile configuré pour stocker de l’huile de lubrification à une première température provenant au moins de la transmission de puissance, et - une alimentation commune pour alimenter en huile de lubrification à une deuxième température inférieure à la première température un premier canal d’alimentation configuré pour amener l’huile de lubrification à la machine électrique, et un deuxième canal d’alimentation configuré pour amener l’huile de lubrification à la transmission de puissance, le dispositif de lubrification comprenant un échangeur thermique disposé dans le réservoir de récupération d’huile et comprenant au moins une partie du deuxième canal d’alimentation. Dans le présent exposé, les termes « amont » et « aval » sont considérés selon le sens de l’écoulement de l’huile de lubrification dans le dispositif, depuis l’alimentation commune. On comprend par « alimentation commune » qu’une unique alimentation commune alimente à la fois le premier et le deuxième canal d’alimentation. En d’autres termes, l’huile de lubrification s’écoulant vers l’aval dans l’alimentation commune à la deuxième température est distribuée entre le premier et le deuxième canal d’alimentation. On comprend en outre que l’huile provenant de la transmission de puissance et stockée dans le réservoir de récupération d’huile est l’huile de lubrification ayant servi à lubrifier les roulements de la transmission de puissance. Le réservoir de récupération d’huile peut notamment être un réservoir disposé sous la transmission de puissance, de manière à récupérer l’huile de lubrification par gravité. Par ailleurs, l’huile de lubrification servant à lubrifier les pièces mécaniques en mouvement telles que les roulements, les engrenages et les cannelures de la transmission de puissance subit des frottements et des échauffements, de telle sorte que la première température de l’huile récupérée dans le réservoir de récupération d’huile est supérieure à la température de l’huile injectée dans la transmission de puissance via le premier canal d’alimentation. En outre, l’alimentation commune est configurée pour alimenter communément le premier et le deuxième canal d’alimentation en huile de lubrification à une deuxième température inférieure à la première température de l’huile de lubrification stockée dans le réservoir de récupération. Or, l’échangeur thermique étant disposé dans le réservoir de récupération d’huile et comprenant une partie du deuxième canal d’alimentation, l’huile de lubrification stockée dans le réservoir de récupération va donc réchauffer l’huile s’écoulant dans cette partie du deuxième canal d’alimentation. Ainsi, alors que la machine électrique est alimentée en huile de lubrification à la deuxième température via le premier canal d’alimentation, la température de l’huile s’écoulant dans le deuxième canal d’alimentation est augmentée, via l’échangeur thermique et en utilisant les échauffements en fonctionnement de la transmission de puissance, avant d’être amenée vers les éléments à lubrifier dans la transmission de puissance, puis récupérée dans le réservoir de récupération d’huile. Le dispositif permet ainsi à la fois de conserver une température d’huile dite « froide » (ou « basse ») requise par la machine électrique, et d’alimenter la transmission de puissance avec une huile à une température plus élevée, et donc une viscosité plus faible, pour en améliorer le rendement. Par ailleurs, l’échangeur thermique étant intégré au réservoir de récupération d’huile préexistant dans le circuit, l’encombrement de ce dispositif est réduit. De plus, le fonctionnement en boucle fermée de ce dispositif permet d’augmenter les flux d’énergie et de récupérer des pertes thermiques de fonctionnement. Dans certains modes de réalisation, le réservoir de récupération d’huile est configuré pour stocker l’huile de lubrification provenant de la machine électrique par l’intermédiaire d’un canal de récupération configuré pour mettre en communication fluidique la machine électrique et le réservoir de récupération d’huile. En d’autres termes, le réservoir de récupération d’huile récupère et stocke non seulement l’huile de lubrification provenant de la transmission de puissance, mais également l’huile de lubrification provenant de la machine électrique et ayant servi à lubrifier les différents composants de celle-ci. Lors de la lubrification des différents composants de la machine électrique en fonctionnement, l’huile de lubrification subit des échauffements importants. Ainsi, la première température de l’huile stockée dans le réservoir de récupération d’huile, et résultant du mélange des huiles chaudes provenant de la transmission de puissance et de la machine électrique, peut-être davantage augmentée. Il est ainsi possible d’augmenter la différence entre la première température et la deuxième température, et donc d’améliorer d’autant plus l’efficacité de l’échangeur de chaleur, et par conséquent du dispositif de lubrification. Dans certains modes de réalisation, la au moins une partie du deuxième canal d’alimentation est immergée dans l’huile de lubrification à la première température, disposée dans le réservoir de récupération d’huile. Le fait de plonger la partie du deuxième canal d’alimentation, dans lequel s’écoule l’huile à la deuxième température, dans l’huile de lubrification à la première température stockée dans le réservoir de récupération et en contact direct avec ladite huile de lubrification, permet d’augmenter les transferts de chaleur, et donc l’efficacité de l’échangeur de chaleur et par conséquent du dispositif de lubrification. Dans certains modes de réalisation, la au moins une partie du deuxième canal d’alimentation disposée dans l’échangeur thermique est agencée en serpentin. Cette configuration permet d’augmenter la surface de la partie du deuxième canal d’alimentation en contact avec l’huile dite « chaude » présente dans le réservoir de récupération en conservant un encombrement équivalent, et ainsi d’améliorer l’efficacité de l’échangeur de chaleur et par conséquent du dispositif de lubrification. Dans certains modes de réalisation, l’alimentation commune comprend un réservoir amont configuré pour stocker l’huile de lubrification à la deuxième température, et un canal amont configuré pour prélever l’huile de lubrification dans le réservoir amont et l’acheminer jusqu’à un embranchement communicant avec le premier et le deuxième canal d’alimentation. Un dispositif de régulation thermique peut être disposé dans le réservoir amont afin de maintenir l’huile de lubrification stockée dans le réservoir amont à la deuxième température. En outre, le canal amont peut comprendre une pompe permettant de prélever l’huile présente dans le réservoir amont, pour amener l’huile de lubrification jusqu’à l’embranchement où elle est alors répartie entre le premier et le deuxième canal d’alimentation. On comprend à cet égard que le canal amont est un unique canal dérivant en deux canaux aval, à savoir le premier et le deuxième canal d’alimentation, via l’embranchement. Dans certains modes de réalisation, la deuxième température est comprise entre 30° et 50°. Le premier canal d’alimentation ne comprenant aucun échangeur de chaleur, le dispositif de lubrification est ainsi configuré pour amener directement à la machine électrique de l’huile de lubrification dite « froide », Cette température permet de refroidir suffisamment les éléments de la machine électrique sans nécessiter d’augmenter le débit du circuit d’huile. Dans le même temps, compte tenu de la présence de l’échangeur de chaleur dans le réservoir de récupération d’huile, l’huile injectée dans la transmission de puissance via le deuxième canal d’alimentation n’est plus à la deuxième température comprise entre 30° et 50°, mais à une température plus élevée, permettant de diminuer la viscosité de l’huile servant à lubrifier les roulements de la transmission de puissance, et ainsi d’améliorer le rendement de celle-ci. Cette valeur de la deuxième température permet donc d’améliorer à la fois le fonctionnement de la machine électrique et de la transmission de puissance. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de lubrification comprend un canal d’évacuation mettant en communication fluidique le réservoir de récupération d’huile et l’alimentation commune. En particulier, le canal d’évacuation peut mettre en communication fluidique le réservoir de récupération d’huile avec le réservoir amont. Dans certains modes de réalisation, un dispositif de désaération intermédiaire est disposé entre le réservoir de récupération d’huile et le réservoir amont. Cela permet d’éliminer l’air introduit dans l’huile lors de l’interaction avec les dentures et roulements de la transmission de puissance, avant de la réintroduire dans les différents canaux d’alimentation. Le présent exposé concerne également une turbomachine d’aéronef hybridé comprenant un moteur thermique, une machine électrique, une transmission de puissance couplant mécaniquement le moteur thermique et la machine électrique, et le dispositif de lubrification selon l’un quelconque des modes de réalisations précédents. Dans certains modes de réalisation, la transmission de puissance est une boîte de transmission comprenant des roues dentées. Le présent exposé concerne également une boîte de transmission comprenant des roues dentées et le dispositif de lubrification selon l’un quelconque des modes de réalisations précédents. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : la est un schéma fonctionnel d’une architecture de turbomachine d’aéronef hybridé, la représente schématiquement un principe de fonctionnement d’un dispositif de lubrification selon le présent exposé, la représente schématiquement une architecture d’un dispositif de lubrification selon un mode de réalisation, la représente une vue partielle en perspective du carter d’une transmission de puissance. Dispositif de lubrification pour turbomachine d’aéronef hybridé, la turbomachine (1) comprenant un moteur thermique (30) et une machine électrique (10) couplés mécaniquement par une transmission de puissance (20), le dispositif de lubrification comprenant : - un réservoir de récupération d’huile (24) configuré pour stocker de l’huile de lubrification à une première température provenant au moins de la transmission de puissance (20), et - une alimentation commune (40) pour alimenter en huile de lubrification à une deuxième température inférieure à la première température un premier canal d’alimentation (51) configuré pour amener l’huile de lubrification à la machine électrique (10), et un deuxième canal d’alimentation (52) configuré pour amener l’huile de lubrification à la transmission de puissance (20), le dispositif de lubrification comprenant un échangeur thermique (60) disposé dans le réservoir de récupération d’huile (24) et comprenant au moins une partie du deuxième canal d’alimentation (52). Dispositif de lubrification selon la revendication 1, dans lequel le réservoir de récupération d’huile (24) est configuré pour stocker l’huile de lubrification provenant de la machine électrique (10) par l’intermédiaire d’un canal de récupération (14) configuré pour mettre en communication fluidique la machine électrique (10) et le réservoir de récupération d’huile (24). Dispositif de lubrification selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la au moins une partie du deuxième canal d’alimentation (52) est immergée dans l’huile de lubrification à la première température, disposée dans le réservoir de récupération d’huile (24). Dispositif de lubrification selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la au moins une partie du deuxième canal d’alimentation (52) disposée dans l’échangeur thermique (60) est agencée en serpentin. Dispositif de lubrification selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’alimentation commune (40) comprend un réservoir amont (41) configuré pour stocker l’huile de lubrification à la deuxième température, et un canal amont (42) configuré pour prélever l’huile de lubrification dans le réservoir amont (41) et l’acheminer jusqu’à un embranchement (44) communicant avec le premier et le deuxième canal d’alimentation (51, 52). Dispositif de lubrification selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la deuxième température est comprise entre 30° et 50°. Dispositif de lubrification selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un canal d’évacuation mettant en communication fluidique le réservoir de récupération d’huile (24) et l’alimentation commune (40). Turbomachine (1) d’aéronef hybridé comprenant un moteur thermique (30), une machine électrique (10), une transmission de puissance (20) couplant mécaniquement le moteur thermique (30) et la machine électrique (10), et le dispositif de lubrification selon l’une quelconque des revendications précédentes. Turbomachine (1) selon la revendication 8, dans laquelle la transmission de puissance (20) est une boîte de transmission comprenant des roues dentées. Boîte de transmission comprenant des roues dentées et le dispositif de lubrification selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.