Brevet FR3141490A1 — publié le 20240503

Ce procédé de commande d’une turbomachine (4) d’aéronef comprend une variation de la vitesse de rotation (N1, N2) d’au moins un arbre (8, 12) de la turbomachine pour modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine (4) lors du fonctionnement de la turbomachine (4). Figure pour l’abrégé : Fig 1 Procédé et dispositif de commande d’une turbomachine d’aéronef et turbomachine comprenant le dispositif L’invention concerne le contrôle des émissions sonores liées à la propulsion des aéronefs. Elle concerne la modification des émissions sonores d’une turbomachine d’aéronef. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de commande d’une turbomachine, une turbomachine comportant un tel dispositif et un procédé de commande de la turbomachine. Techniques antérieures Afin de respecter les contraintes réglementaires concernant les émissions sonores des turbomachines des systèmes de propulsion d’aéronefs, des moyens passifs de réduction sonore sont disposés sur les turbomachines pour réduire leurs émissions sonores. Les moyens passifs comprennent par exemple des panneaux acoustiques ou des chevrons en sortie de tuyère. Cependant, les moyens passifs ne réduisent pas toujours suffisamment les niveaux d’émissions sonores pour respecter les contraintes réglementaires. La présente invention a pour objectif de pallier cet inconvénient. La présente invention a pour objet un procédé de commande d’une turbomachine d’aéronef comprenant une variation de la vitesse de rotation d’au moins un arbre de la turbomachine pour modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine lors du fonctionnement de la turbomachine. La variation de la vitesse de rotation de l’arbre permet de diminuer l’intensité ou de décaler la fréquence de raies d’émissions sonores de la turbomachine, notamment pour rendre le bruit émis par la turbomachine plus tolérable et acceptable à l’oreille humaine. Avantageusement, la turbomachine comprend un premier arbre et un deuxième arbre, le procédé comprenant une variation de la vitesse de rotation du premier arbre et une variation de la vitesse de rotation du deuxième arbre pour modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine lors du fonctionnement de la turbomachine. Optionnellement, la turbomachine comprend une première machine électrique reliée au premier arbre et une deuxième machine électrique reliée au deuxième arbre, le procédé comprenant la commande des première et deuxième machines électriques en mode générateur ou en mode moteur pour diminuer ou augmenter la vitesse de rotation des premier et deuxième arbres. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend la commande d’au moins l’une desdites machines électriques de sorte qu’elle fonctionne en mode générateur pour alimenter un bus d’alimentation électrique de la turbomachine. Avantageusement, le procédé comprend la commande des première et deuxième machines électriques de sorte que les première et deuxième machines électriques fonctionnent selon un mode différent, une puissance électrique étant transférée entre les première et deuxième machines électriques. La présente invention a également pour objet un dispositif de commande d’une turbomachine d’aéronef, comprenant des moyens d’entraînement configurés pour faire varier la vitesse de rotation d’au moins un arbre de la turbomachine afin de modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine lors du fonctionnement de la turbomachine. Optionnellement, la turbomachine comprend un premier arbre et un deuxième arbre, le dispositif comprenant un premier moyen d’entrainement configuré pour faire varier la vitesse de rotation du premier arbre et un deuxième moyen d’entraînement configuré pour faire varier la vitesse de rotation du deuxième arbre afin de modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine lors du fonctionnement de la turbomachine. Dans un mode de réalisation, le premier moyen d’entraînement comprend une première machine électrique configurée pour être reliée au premier arbre et pour fonctionner en mode générateur ou en mode moteur afin de diminuer ou d’augmenter la vitesse de rotation du premier arbre, le deuxième moyen d’entraînement comprenant une deuxième machine électrique configurée pour être reliée au deuxième arbre et pour fonctionner en mode générateur ou en mode moteur afin de diminuer ou d’augmenter la vitesse de rotation du deuxième arbre. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de commande configurés pour commander les premier et deuxième moyens d’entraînement de sorte que les première et deuxième machines électriques fonctionnent chacune selon un mode différent pour transférer une puissance électrique entre les première et deuxième machines électriques. La présente invention a également pour objet une turbomachine comprenant un étage basse pression comportant un premier arbre, un étage haute pression comportant un deuxième arbre, et un dispositif de commande tel que défini précédemment. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre schématiquement un aéronef selon l’invention ; et illustre schématiquement un exemple d’une cartographie selon l’invention. Description détaillée La représente schématiquement un aéronef 2, tel qu’un avion, comprenant une turbomachine 4. La turbomachine 4 comprend un étage basse pression 6 comportant un premier arbre 8 et un étage haute pression 10 comportant un deuxième arbre 12, le deuxième arbre 12 étant concentrique au premier arbre 8, et des moyens d’entrainement 28, 32 destinés respectivement à faire varier la vitesse de rotation des arbres 8 et 12. L’étage basse pression 6 comprend une soufflante 14, un compresseur basse pression 16 et une turbine basse pression 18. L’étage haute pression 10 comprend un compresseur haute pression 20, une chambre de combustion 22 et une turbine haute pression 24. La turbomachine 4 comprend un dispositif de commande 26 comprenant, plus particulièrement, ledit premier moyen d’entraînement 28 apte à faire varier la vitesse de rotation du premier arbre 8 de la turbomachine 4. Le premier moyen d’entraînement 28 comprend par exemple une première machine électrique 30 apte à être reliée au premier arbre 8. La première machine électrique 30 est par exemple montée sur une boite de transmission (non représentée) de la turbomachine 4. Le dispositif de commande 26 comprend ledit deuxième moyen d’entraînement 32 apte à faire varier la vitesse de rotation du deuxième arbre 12 de la turbomachine 4. Le deuxième moyen d’entraînement 32 comprend par exemple une deuxième machine électrique 34 apte à être reliée au deuxième arbre 12. La deuxième machine électrique 34 est par exemple montée dans une veine d’écoulement en aval de la turbine haute pression 24, dans le sens d’écoulement de l’air traversant la turbomachine 4. Les première et deuxième machines électriques 30, 34 sont par exemple des machines synchrones à aimants permanents associées chacune à un convertisseur d’électronique de puissance. Le dispositif de commande 26 comporte en outre des moyens de commande 36 destinés à piloter les première et deuxième machines électrique 30, 34. Un bus d’alimentation 38 véhicule un courant électrique aux principaux éléments de la turbomachine 4, notamment du dispositif de commande 26, des premiers et deuxièmes moyens d’entrainement 28, 32 et des machines électriques 30 et 34. Dans l’exemple de réalisation représenté, le dispositif de commande 26 comporte les deux machines électriques 30 et 34. En variante, le dispositif de commande 26 comprend la première machine électrique 30 reliée au premier arbre 8 mais ne comprend pas la deuxième machine électrique 34. Selon une autre variante, le dispositif de commande 26 comprend la deuxième machine électrique 34 reliée au deuxième arbre 12 mais ne comprend pas la première machine électrique 30. Un premier exemple d’un procédé de commande d’une turbomachine 4 selon la est à présent détaillé. Dans le mode de mise en œuvre décrit, l’aéronef 2 est un hélicoptère, un avion à décollage et atterrissage vertical ou un avion moyen-courrier par exemple. Le dispositif de commande 26 est configuré pour modifier la vitesse de rotation d’un arbre 8, 12 de la turbomachine 4 pour modifier le spectre des émissions sonores dudit aéronef 2. On suppose que la chambre de combustion 22 génère des gaz chauds entraînant la turbine basse pression 18 et la turbine haute pression 24. Plus précisément, les moyens de commande 36 du dispositif de commande 26 pilotent les première et deuxième machines électriques 30, 34 de sorte que l’une des première et deuxième machines électriques 30, 34 fonctionne en mode générateur de manière à ralentir la vitesse de rotation de l’arbre 8, 12 relié à ladite machine électrique 30, 34 et pilotent l’autre machine électrique 34, 30 en mode moteur de manière à augmenter la vitesse de rotation de l’arbre 12, 8 relié à ladite autre machine électrique 34, 30. On suppose que la première machine électrique 30 fonctionne en mode générateur de sorte qu’elle délivre une puissance électrique à partir d’une puissance mécanique transmise par le premier arbre 8, et que la deuxième machine électrique 34 fonctionne en mode moteur de sorte qu’elle entraîne le deuxième arbre 12 à partir de la puissance électrique reçue de la première machine électrique 30. Les moyens de commande 36 élaborent respectivement une première consigne de commande de la première machine électrique 30 et une deuxième consigne de commande de la deuxième machine électrique 34 de sorte que la variation de vitesse des premier et deuxième arbres 8, 12 résultant de la diminution de la vitesse de rotation du premier arbre 8 par l’entraînement de la première machine électrique 30 et de l’accélération de la vitesse de rotation du deuxième arbre par le couple délivré par la deuxième machine électrique 34 modifie le spectre des émissions sonores de la turbomachine 4. Les première et deuxième consignes sont élaborées par exemple pour supprimer au moins une harmonique du spectre gênante pour l’oreille humaine, pour diminuer l’amplitude sonore de l’harmonique, pour supprimer une plage d’harmoniques gênantes pour l’oreille humaine ou diminuer l’amplitude sonore de la plage d’harmoniques, la plage d’harmoniques étant par exemple comprise entre 200 Hz et 20 kHz, et plus précisément entre 200 Hz et 5 kHz. Les première et deuxième consignes sont élaborées à partir d’une cartographie prédéterminée reliant les vitesses de rotation N1, N2 des première et deuxième machines électriques 30, 34. Il est à noter que la vitesse de rotation N1 est celle du premier arbre 8 et que la vitesse de rotation N2 est celle du deuxième arbre 12. Des moyens de transfert (non représentés) peuvent relier des premier et deuxième convertisseurs de puissance entre eux, les premier et deuxième convertisseurs de puissance étant respectivement reliés aux première et deuxième machines électriques 30, 34 afin de transférer la puissance électrique entre les première et deuxième machines électriques 30, 34. La première machine électrique 30 fonctionnant en mode générateur génère une puissance électrique alimentant la deuxième machine électrique 34 par l’intermédiaire du premier convertisseur de puissance, du deuxième convertisseur de puissance, et des moyens de transfert. Les moyens de commande 36 délivrent les première et deuxième consignes aux premier et deuxième convertisseurs de puissance. Les premiers et deuxième convertisseurs de puissance sont en outre reliés au bus d’alimentation 38. Si la première machine électrique 30 génère une puissance électrique supérieure à la puissance électrique nécessaire au fonctionnement de la deuxième machine électrique 34 les moyens de transfert électriques alimentent le bus d’alimentation 38 de l’aéronef 2 avec l’excédent de puissance électrique. En variante, la première machine électrique 30 fonctionne en mode moteur et la deuxième machine électrique 34 fonctionne en mode générateur et alimente la première machine 30. Ce mode de fonctionnement est particulièrement avantageux lors d’une phrase d’approche de l’aéronef 2, l’aéronef 2 nécessitant alors moins de poussée et moins d’énergie à bord. Dans ce cas, le premier arbre 8 de l’étage basse pression 6 est ralenti et le deuxième arbre 12 de l’étage haute pression 10 est accéléré, la signature acoustique de l’aéronef 2 étant modifiée pour sélectionner un régime de la turbomachine 4 générant un bruit plus agréable à l’oreille d’un passager de l’aéronef 2. A présent est détaillé un deuxième exemple du procédé de commande de la turbomachine 4. Dans ce mode de mise en œuvre, le dispositif de commande 26 ne comporte que la première machine électrique 30 reliée au premier arbre 8 et ne comporte pas la deuxième machine électrique 34 reliée au deuxième arbre 12. On suppose que la chambre de combustion 22 génère des gaz chauds entraînant la turbine basse pression 18 et la turbine haute pression 24. Les moyens de commande 36 élaborent la première consigne de sorte que la première machine électrique 30 fonctionne en mode générateur ou en mode moteur pour ralentir ou augmenter la vitesse de rotation du premier arbre 8 afin de modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine 4, par exemple pour supprimer au moins une harmonique du spectre gênante pour l’oreille humaine ou pour diminuer l’amplitude sonore de l’harmonique, pour supprimer une plage d’harmoniques gênantes pour l’oreille humaine ou pour diminuer l’amplitude sonore de la plage d’harmoniques, la plage d’harmoniques étant par exemple comprise entre 200 Hz et 20 kHz, et plus précisément entre 200 Hz et 5 kHz. Lorsque la première machine électrique 30 fonctionne en mode générateur, le premier convertisseur de puissance alimente le bus d’alimentation 38 à partir d’une puissance générée par la première machine électrique 30. Lorsque la première machine électrique 30 fonctionne en mode moteur, le premier convertisseur de puissance alimente la première machine électrique 30 à partir du bus d’alimentation 38. Dans un autre mode de mise en œuvre, le dispositif de commande 26 ne comprend que la deuxième machine électrique 34 et ne comprend pas la première machine électrique 30, les moyens de commande 36 élaborant la deuxième consigne. La illustre schématiquement un exemple de la cartographie reliant les vitesses de rotation N1, N2 des première et deuxième machines électriques 30, 34. Lors du fonctionnement nominal 40 de la turbomachine 4, la vitesse de rotation N1 du premier arbre 8 et la vitesse de rotation N2 du deuxième arbre 12 sont corrélées selon une loi établie suivant le dimensionnement moteur. Le dispositif de commande 26 permet de s’éloigner du fonctionnement nominal 40 selon ladite loi et de parcourir l’ensemble du domaine N de régimes de la turbomachine 4 pour modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine 4. La cartographie comprend des plages de fonctionnement accéléré 42 correspondant à des modes de fonctionnement de la turbomachine 4 comprenant une vitesse de rotation N2 du deuxième arbre 12 augmentée par rapport au fonctionnement nominal 40. Ces plages de fonctionnement sont par exemple mises en œuvre lors de phases de fonctionnement nominales où le moteur est régulé en régime N1 ou régime N2, à la suite du fonctionnement en mode moteur de la deuxième machine électrique 34 et/ou à la suite du fonctionnement en mode générateur de la première machine électrique 30. Dans les plages de fonctionnement accélérés 42, les spectres d’émission sonore de la turbomachine 4 sont associés aux vitesses de rotation N1, N2 des premier et deuxième arbres 8, 12. La cartographie comprend des plages de fonctionnement ralenti 44 correspondant à des modes de fonctionnement de la turbomachine 4 comprenant une vitesse de rotation N2 du deuxième arbre 12 réduite par rapport au fonctionnement nominal 40 par exemple à la suite du fonctionnement en mode générateur de la deuxième machine électrique 34 et/ou à la suite du fonctionnement en mode moteur de la première machine électrique 30. Dans les plages de fonctionnement réduit 44, les spectres d’émission sonore de la turbomachine 4 sont associés aux vitesses de rotation N1, N2 des premier et deuxième arbres 8, 12. Les plages de fonctionnement accéléré et ralenti 42, 44 de la cartographie permettent de calibrer les émissions sonores de la turbomachine 4 et permettent aux moyens de commande 36 d’élaborer la première consigne de commande la première machine électrique 30 et la deuxième consigne de commande de la deuxième machine électrique 34 pour modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine 4, notamment pour réduire les fréquences des émissions sonores de la turbomachine 4 gênantes pour l’oreille humaine. La cartographie est par exemple déterminée empiriquement par des essais de la turbomachine 4. Procédé de commande d’une turbomachine (4) d’aéronef (2), caractérisé en ce qu’il comprend une variation de la vitesse de rotation (N1, N2) d’au moins un arbre (8, 12) de la turbomachine (4) pour modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine (4) lors du fonctionnement de la turbomachine (4). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la turbomachine (4) comprend un premier arbre (8) et un deuxième arbre (12), le procédé comprenant une variation de la vitesse de rotation (N1, N2) du premier arbre (8) et du deuxième arbre (12) pour modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine (4) lors du fonctionnement de la turbomachine (4). Procédé selon la revendication 2, dans lequel la turbomachine (4) comprend une première machine électrique (30) reliée au premier arbre (8) et une deuxième machine électrique (34) reliée au deuxième arbre (12), le procédé comprenant la commande des première et deuxième machines électriques (30, 34) en mode générateur ou en mode moteur pour diminuer ou augmenter la vitesse de rotation (N1, N2) des premier et deuxième arbres (8, 12). Procédé selon la revendication 3, comprenant la commande d’au moins l’une des machines électriques (30, 34) de sorte qu’elle fonctionne en mode générateur pour alimenter un bus d’alimentation électrique (38) de la turbomachine (4). Procédé selon la revendication 3, comprenant la commande des première et deuxième machines électriques (30, 34) de sorte que les première et deuxième machines électriques (30, 34) fonctionnent selon un mode différent, une puissance électrique étant transférée entre les première et deuxième machines électriques (30, 34). Dispositif (26) de commande d’une turbomachine (4) d’aéronef (2), caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’entraînement (28, 32) configurés pour faire varier la vitesse de rotation (N1, N2) d’au moins un arbre (8, 12) de la turbomachine afin de modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine (4) lors du fonctionnement de la turbomachine (4). Dispositif (26) selon la revendication 6, dans lequel la turbomachine (4) comprend un premier arbre (8) et un deuxième arbre (12), le dispositif (26) comprenant un premier moyen d’entrainement (28) configuré pour faire varier la vitesse de rotation du premier arbre (8) et un deuxième moyen d’entraînement (32) configuré pour faire varier la vitesse de rotation du deuxième arbre (12) afin de modifier le spectre des émissions sonores de la turbomachine (4) lors du fonctionnement de la turbomachine (4). Dispositif (26) selon la revendication 7, dans lequel le premier moyen d’entraînement (28) comprend une première machine électrique (30) configurée pour être reliée au premier arbre (8) et pour fonctionner en mode générateur ou en mode moteur afin de diminuer ou d’augmenter la vitesse de rotation (N1) du premier arbre (8), le deuxième moyen d’entraînement (32) comprenant une deuxième machine électrique (34) configurée pour être reliée au deuxième arbre (12) et pour fonctionner en mode générateur ou en mode moteur afin de diminuer ou d’augmenter la vitesse de rotation (N2) du deuxième arbre (12). Dispositif (26) selon la revendication 8, comprenant des moyens de commande (36) configurés pour commander les premier et deuxième moyens d’entraînement (28, 32) de sorte que les première et deuxième machines électriques (30, 34) fonctionnent chacune selon un mode différent pour transférer une puissance électrique entre les première et deuxième machines électriques (30, 34). Turbomachine (4) comprenant un étage basse pression (6) comportant un premier arbre (8), un étage haute pression (10) comportant un deuxième arbre (12), et un dispositif (26) de commande selon l’une quelconque des revendications 6 à 9.