Brevet FR3133641A1 — 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 au moins une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200). Le moteur à turbine à gaz (200) comprend un arbre basse pression (210) et un arbre haute pression (220). La machine électrique (300) est couplée à l’arbre basse pression (210), et le procédé de commande comprend une étape dans laquelle, un prélèvement de travail mécanique est commandé à la première machine électrique (300) pour freiner une rotation de l’arbre basse pression (210) en réponse à une activation d’un inverseur de poussée (281) du moteur à turbine à gaz (200) et/ou à une perturbation de l’écoulement d’air dans un plan transversal au niveau d’une admission d’air du moteur à turbine à gaz (200). 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) 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 d’aéronef, et plus particulièrement des ensembles moteurs comprenant au moins une machine électrique et un moteur à turbine à gaz avec au moins un arbre haute pression et un arbre basse pression. Afin d’augmenter l’efficacité énergétique globale des moyens de transport, et diminuer leur consommation de carburant et leurs émissions d’effet de serre, de nombreux ensembles moteurs hybrides ont déjà été proposés combinant moteurs à combustion et machines électriques contribuant au rendement global au-delà du simple démarrage des moteurs à combustion interne. Bien que ces ensembles moteurs hybrides aient le plus souvent été proposés pour les véhicules automobiles et incorporé des moteurs à pistons, l’hybridation des moteurs à turbine à gaz et plus particulièrement des moteurs à turbine à gaz pour aéronefs a aussi été envisagée. Dans le contexte des moteurs à turbine à gaz, et en particulier des moteurs à turbine à gaz pour aéronefs, l’hybridation peut en fait présenter des avantages autres que l’efficacité énergétique. Ainsi, dans la demande de brevet d’invention français avec le numéro de publication FR 3 094 043 A1, il a été proposé d’utiliser une machine électrique pour prélever un travail mécanique sur l’arbre basse pression d’un moteur à turbine à gaz et ainsi le freiner, de manière à éviter une situation d’instabilité du compresseur basse pression, et notamment un risque de pompage pouvant être aggravé, par exemple, en situation de décélération du moteur à turbine à gaz et/ou de changement d’angle de calage d’aubes de stator. Ceci peut éviter d’utiliser l’ouverture de vannes de décharge en sortie du compresseur basse pression, et ainsi éviter une perte d’efficacité énergétique. Les inventeurs ont reconnu d’autres situations présentant un risque d’instabilité du compresseur basse pression d’un moteur à turbine à gaz avec un arbre haute pression et un arbre basse pression. La présente divulgation vise donc à éviter, dans ces autres situations à risque, l’instabilité du compresseur basse pression d’un tel moteur à turbine à gaz dans un ensemble moteur d’aéronef comprenant le moteur à turbine à gaz et au moins une première machine électrique à laquelle l’arbre basse pression du moteur à turbine à gaz est couplée mécaniquement, et cela sans devoir ouvrir des vannes de décharge. Pour cela, suivant un premier aspect de cette divulgation, un procédé de commande d’un tel ensemble moteur peut comprendre une étape dans laquelle un prélèvement de travail mécanique est commandé à la première machine électrique pour freiner une rotation de l’arbre basse pression en réponse à une activation d’un inverseur de poussée du moteur à turbine à gaz et/ou à un une perturbation de l’écoulement d’air dans un plan transversal au niveau d’une admission d’air du moteur à turbine à gaz. Grâce à cette extraction d’énergie mécanique, la marge de stabilité du compresseur basse pression peut être efficacement élargie en réponse à ces situations à risque, et cela malgré l’inertie typiquement élevée de l’arbre basse pression, de manière plus rapide qu’avec des vannes de décharge et en récupérant de l’énergie électrique pouvant être utilisée ou stockée à bord de l’aéronef. Ainsi, le moteur à turbine à gaz peut comprendre une soufflante couplée à l’arbre basse pression pour être entrainée en rotation par l’arbre basse pression. Dans ce cas, la soufflante pourrait comprendre des pales à calage variable et le prélèvement de travail mécanique par la première machine électrique pourrait être commandé conjointement à un changement de calage des pales de la soufflante, de manière à aussi augmenter le travail absorbé par la soufflante pour mieux freiner l’arbre basse pression. Toutefois, l’application de ce procédé est également envisageable avec d’autres types de moteur à turbine à gaz dont l’arbre basse pression serait couplé mécaniquement en rotation à des organes à grande inertie en rotation, tels que par exemple un turbopropulseur dans lequel l’arbre basse pression serait couplé mécaniquement en rotation à au moins une hélice propulsive, ou un turbomoteur dans lequel l’arbre basse pression serait couplé mécaniquement en rotation à au moins un rotor de sustentation. Ce procédé est par ailleurs applicable aux ensembles moteurs comprenant un réducteur connecté à l’arbre basse pression 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 travail mécanique peut notamment être commandé en boucle ouverte. Ainsi, dans sa forme la plus simple, le prélèvement d’une puissance mécanique prédéterminée peut être commandé pendant une durée de temps également prédéterminée afin de prélever le travail mécanique. Il est toutefois aussi envisageable que la puissance mécanique prélevée et/ou la durée du prélèvement soient variables, en fonction par exemple de la position de l’inverseur de poussée et/ou d’une composante de l’écoulement de l’air dans un plan transversal au niveau de l’admission d’air. Un deuxième aspect de cette divulgation concerne une unité de commande de l’ensemble moteur susmentionné qui peut être adaptée pour commander, à la première machine électrique, un prélèvement de travail mécanique pour freiner une rotation de l’arbre basse pression en réponse à une activation d’un inverseur de poussée du moteur à turbine à gaz et/ou à un écoulement transversal au niveau d’une admission d’air du moteur à turbine à gaz. 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 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 un mode 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 . Procédé de commande d’un ensemble moteur (100) d’aéronef comprenant au moins une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200) avec un arbre haute pression (220) et un arbre basse pression (210) couplé mécaniquement à la première machine électrique (300), le procédé de commande comprenant une étape dans laquelle un prélèvement de travail mécanique est commandé à la première machine électrique (300) pour freiner une rotation de l’arbre basse pression (210) en réponse à une activation d’un inverseur de poussée (281) du moteur à turbine à gaz (200) et/ou à une perturbation de l’écoulement d’air dans un plan transversal au niveau d’une admission d’air du moteur à turbine à gaz (200). Procédé de commande suivant la revendication 1, dans lequel le moteur à turbine à gaz (200) est un turboréacteur comprenant une soufflante (280) couplée à l’arbre basse pression (210) pour être entrainée en rotation par l’arbre basse pression (210). Procédé de commande suivant la revendication 2, dans lequel la soufflante (280) comprend des pales à calage variable et le prélèvement de travail mécanique par la première machine électrique (300) est commandé conjointement à un changement de calage des pales de la soufflante (280). Procédé de commande suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un réducteur (290) connecté à l’arbre basse pression (210) pour l’entrainement d’un organe mécanique par l’arbre basse pression (210) à travers le réducteur (290). Procédé de commande suivant l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit prélèvement de travail mécanique est commandé en boucle ouverte. Procédé de commande suivant l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une étape supplémentaire de consommation et/ou stockage d’une énergie électrique générée par ledit prélèvement de travail mécanique. Unité de commande (500) d’un ensemble moteur (100) d’aéronef comprenant au moins une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200) avec un arbre haute pression (220) et un arbre basse pression (210) couplé mécaniquement à la première machine électrique (300), l’unité de commande (500) étant caractérisée en ce qu’elle est adaptée pour commander, à la première machine électrique (300), un prélèvement de travail mécanique pour freiner une rotation de l’arbre basse pression (210) en réponse à une activation d’un inverseur de poussée (281) du moteur à turbine à gaz (200) et/ou à une perturbation de l’écoulement d’air dans un plan transversal au niveau d’une admission d’air du moteur à turbine à gaz (200). Ensemble moteur (100) d’aéronef comprenant l’unité de commande (500) de la revendication 7 ainsi que la première machine électrique (300) et le moteur à turbine à gaz (200). Programme informatique comprenant des instructions qui, mises en œuvre par une unité de commande (500) d’un ensemble moteur (100) d’aéronef comprenant une première machine électrique (300) et un moteur à turbine à gaz (200) avec un arbre haute pression (220) et un arbre basse pression (210) couplé mécaniquement à la première machine électrique (300), conduisent l’unité de commande (500) à effectuer le procédé de commande suivant l’une quelconque des revendications 1 à 6.