Brevet FR3151936A1 — publié le 20250207

Procédé de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’un aéronef comprenant au moins deux conducteurs supraconducteurs agencés dans un même cryostat, ledit procédé étant exécuté par une circuiterie électronique configurée pour déterminer une première tension électrique représentative d’une première différence de potentiel mesurée aux bornes d’un premier conducteur parmi lesdits au moins deux conducteurs supraconducteurs ; déterminer une deuxième tension électrique représentative d’une deuxième différence de potentiel mesurée aux bornes de l’autre conducteur, dit deuxième conducteur, parmi lesdits au moins deux conducteurs supraconducteurs ; puis, fournir une première information représentative de la présence d’une différence de potentiel supérieure à une valeur seuil prédéterminée entre ladite première tension électrique et ladite deuxième tension électrique. Il est ainsi avantageusement possible d’optimiser les ressources nécessaires au contrôle de l’intégrité d’une ligne d’alimentation supraconductrice d’aéronef. Fig. 2 PROCEDE AMELIORE DE DETECTION D’UN PHENOMENE DE QUENCH, SYSTEME EXECUTANT LE PROCEDE, ET AERONEF. La présente invention concerne un lien d’alimentation électrique supraconducteur d’une charge électrique, par exemple un moteur, dans un aéronef, notamment du type utilisable pour la propulsion d’un aéronef. L’invention concerne plus particulièrement la surveillance et le contrôle d’une ligne d’alimentation supraconductrice à deux conducteurs dans un aéronef, et un aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L'industrie aéronautique opère de profonds changements en termes de conception des aéronefs, dans un but de réduction importante des émissions de dioxyde de carbone et des oxydes d’azote, en raison des contraintes en matière d'écologie et de développement durable. L’utilisation d’hydrogène liquide comme source d’énergie pour un aéronef est une voie prometteuse pour ce faire. L’hydrogène peut être utilisé dans une pile à combustible, pour générer de l’électricité, ou directement comme carburant dans un groupe motopropulseur. De plus, des travaux sont spécifiquement orientés pour optimiser les systèmes de propulsion électrique ou hybride des aéronefs et l’hydrogène présent sous forme liquide à bord d’un aéronef peut être utilisé comme source froide pour accroître la performance des équipements électriques en abaissant leur résistivité et en réduisant par conséquent les pertes par effets Joule. Il est également possible d’utiliser des composants supraconducteurs. Des conducteurs supraconducteurs peuvent être utilisés pour les technologies supraconductrices pour les composants de distribution DC (courant continu) et pour la distribution de courant alternatif dans des architectures comprenant des moteurs électriques alimentés par des convertisseurs électroniques de puissance contrôlés, tels que les onduleurs. Dans de telles architectures d’alimentation électrique d’un moteur, les liens supraconducteurs doivent être protégés contre une transition inattendue de l'état supraconducteur à l'état conventionnel (transition usuellement nommée « quench » dans le domaine de la supraconduction). Il est donc important de pouvoir détecter des signes précurseurs d’une telle transition afin d’éviter un excès de pertes par effet Joule de nature à endommager les circuits électriques d’alimentation électrique et leurs environnements proches. La détection du quench (i.e. la détection des transitions) d'un conducteur supraconducteur est généralement opérée en surveillant la tension aux bornes de celui-ci et en détectant l'apparition d'une augmentation du niveau de tension à ses bornes. Si la détection du quench en fonctionnement continu est assez simple, puisqu'il s'agit uniquement de distinguer une impédance (c'est-à-dire une résistance) nulle ou non nulle du conducteur, il n'en est pas de même en fonctionnement transitoire. En effet, une charge du type d’un moteur peut provoquer une variation importante du courant sur le réseau de distribution de courant continu. Dans ce cas, la partie inductive de l'impédance est le plus souvent prédominante par rapport à la composante résistive, ce qui empêche la détection du quench avec des moyens standards. Il convient donc de mettre en œuvre une solution robuste permettant de se débarrasser de l'effet inductif sur la tension aux bornes des conducteurs pendant des phases transitoires. La détection de quench peut alors être basée sur un principe de détection en régime permanent de courant continu (c'est-à-dire basé sur la variation de la résistance). Comme la plupart des éléments supraconducteurs utilisés sont des aimants, il suffit généralement d’opérer une détection de quench dans l’un des conducteurs seulement du lien d’alimentation électrique scruté. Dans un circuit de détection de quench selon l’art antérieur, une bobine formant un élément supraconducteur surveillé pour y détecter un éventuel phénomène de quench est divisée en deux demi-bobines et les deux tensions respectivement mesurées aux bornes des deux demi-bobines doivent être identiques. Pour le vérifier, une valeur de différence entre ces deux tensions mesurées est déterminée. Cette différence devrait être nulle en l’absence de quench même s'il y a un transitoire de courant, parce que l'inductance est la même dans les deux portions (demi-bobines) de la ligne d’alimentation objet des mesures. En cas de problème sur le lien d’alimentation électrique, l’impédance de l’une des demi-bobines n’est plus identique à l’impédance de l’autre des deux demi-bobines et une différence de tension apparaît. Dans un réseau de distribution de courant continu supraconducteur (utilisé pour transporter le courant d'une source à une charge), il y a un conducteur dit « conducteur positif » et un conducteur dit « conducteur négatif », ce qui requiert de doubler la circuiterie de surveillance décrite ci-avant. En outre, il est nécessaire de devoir établir des connexions en un point milieu de chacun des deux conducteurs dits respectivement « positif » et « négatif ». La situation peut être améliorée. Un objet de la présente invention est de proposer un contrôleur de ligne d’alimentation supraconductrice d’une charge électrique, apte à détecter de façon rapide et fiable l’apparition d’un phénomène de type quench, de sorte à limiter le ou les courants délivrés à la charge lorsque la ligne d’alimentation supraconductrice entre la source et la charge s’apprête à passer d’un état supraconducteur nominal à un état dans lequel sa résistivité croît. A cet effet, il est proposé un procédé de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice à courant continu d’un aéronef, ladite ligne d’alimentation comprenant au moins deux conducteurs supraconducteurs agencés dans un même cryostat, ledit procédé étant exécuté par une circuiterie électronique configurée pour : - déterminer une première tension électrique représentative d’une première différence de potentiel mesurée aux bornes d’un premier conducteur parmi lesdits au moins deux conducteurs supraconducteurs, - déterminer une deuxième tension électrique représentative d’une deuxième différence de potentiel mesurée aux bornes de l’autre conducteur, dit deuxième conducteur, parmi lesdits au moins deux conducteurs supraconducteurs, puis, - fournir une première information représentative de la présence d’une différence de tension supérieure à une valeur seuil prédéterminée entre ladite première tension électrique et ladite deuxième tension électrique. Il est ainsi avantageusement possible d’optimiser les ressources nécessaires au contrôle de l’intégrité d’une ligne d’alimentation cryogénique d’aéronef. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une fourniture d’une deuxième information selon laquelle une anomalie est détectée en rapport avec ledit premier conducteur ou a contrario en rapport avec ledit deuxième conducteur. L’invention a également pour objet un dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique à courant continu d’un aéronef, la ligne d’alimentation comprenant au moins deux conducteurs supraconducteurs agencés dans un même cryostat et le dispositif de contrôle comprenant une circuiterie électronique configurée pour : déterminer une première tension électrique représentative d’une première différence de potentiel mesurée aux bornes d’un premier conducteur parmi lesdits au moins deux conducteurs supraconducteurs, déterminer une deuxième tension électrique représentative d’une deuxième différence de potentiel mesurée aux bornes de l’autre conducteur, dit deuxième conducteur, parmi lesdits au moins deux conducteurs supraconducteurs, et pour, fournir une première information représentative de la présence d’une différence de tension supérieure à une valeur seuil prédéterminée entre ladite première tension électrique et ladite deuxième tension électrique. Selon un mode de réalisation, le dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique comprend en outre la fourniture d’une deuxième information selon laquelle une anomalie est détectée en rapport avec le premier conducteur ou, a contrario , en rapport avec le deuxième conducteur de la ligne d’alimentation électrique. L’invention concerne également un système d’alimentation électrique cryogénique d’un aéronef comprenant un dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique tel que précédemment décrit, configuré pour contrôler une ligne d’alimentation électrique supraconductrice entre une source de courant de l’aéronef et un dispositif consommateur de courant (charge) de l’aéronef. L’invention a aussi pour objet un aéronef comprenant un dispositif de contrôle d’alimentation électrique tel que décrit ci-avant ou un système d’alimentation cryogénique tel que décrit ci-avant. L’invention concerne enfin un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour exécuter les étapes d’un procédé de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice tel que précédemment décrit lorsque lesdites instructions sont exécutées par un processeur d’un dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice, ainsi qu’un support de stockage comprenant un tel produit programme d’ordinateur. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints : illustre un aéronef comprenant un dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’aéronef configuré pour exécuter un procédé de contrôle d’une telle ligne ; illustre schématiquement des détails d’implémentation d’un dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’aéronef ; est un ordinogramme illustrant des étapes d’un procédé de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’aéronef ; et, illustre un exemple d’architecture d’un dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’aéronef configuré pour exécuter le procédé déjà illustré sur la . EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION La représente schématiquement et symboliquement un aéronef 1 comprenant un dispositif de contrôle 10 d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice de l’aéronef 1 (ce dispositif 10 n’est pas détaillé sur la , mais est illustré sur la ). Avantageusement, un tel dispositif embarqué dans l’aéronef 1 permet de surveiller l’absence de phénomène de quench en relation avec la ligne d’alimentation électrique supraconductrice, et de détecter un tel phénomène au plus tôt, dès son apparition. La illustre schématiquement et symboliquement le dispositif de contrôle 10 d’une ligne d’alimentation électrique connecté aux extrémités d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice EL de l’aéronef 1, configuré pour contrôler cette ligne d’alimentation électrique supraconductrice EL, et en particulier pour détecter l’apparition d’un phénomène de quench en relation avec cette ligne d’alimentation. La ligne d’alimentation électrique supraconductrice EL comprend notamment deux conducteurs supraconducteurs LCP et LCM refroidis par un fluide cryogénique. De façon non limitative, les deux conducteurs supraconducteurs LCP et LCM sont par exemple agencés (baignés) dans un fluide cryogénique au sein d’un cryostat CR enveloppant les conducteurs supraconducteurs LCP et LCM. Le terme cryostat désigne ici une enceinte étanche destinée à minimiser les échanges thermiques avec l’environnement et contenant un fluide cryogénique maintenu à une température cryogénique. Le conducteur supraconducteur LCP est un premier conducteur supraconducteur électrique de la ligne EL, dit « conducteur positif » et le conducteur supraconducteur LCM est un deuxième conducteur supraconducteur de la ligne EL, dit « conducteur négatif ». La ligne d’alimentation électrique supraconductrice EL est connectée à l’une de ses extrémités entre les bornes VG+ et VG- d’une source de tension continue G. L’autre des extrémités de la ligne d’alimentation EL est connectée à une charge LD ou en d’autres termes à un dispositif ou système consommateur d’énergie LD. Une première circuiterie électronique OA1 est configurée pour déterminer une première tension électrique V+ représentative d’une première différence de potentiel mesurée aux bornes du premier conducteur supraconducteur LCP parmi les deux conducteurs supraconducteurs LCP et LCM. La tension électrique V+ est définie entre la sortie de la circuiterie électronique OA1 et une masse (un potentiel) GND1 de référence. De façon similaire, une deuxième circuiterie électronique OA2 est configurée pour déterminer une deuxième tension électrique V- représentative de la différence de potentiel mesurée aux bornes de l’autre conducteur, LCM, dit deuxième conducteur, parmi les deux conducteurs supraconducteurs LCP et LCM. La tension électrique V- est définie entre la sortie de la circuiterie électronique OA2 une masse (un potentiel) GND2 de référence. En outre, une troisième circuiterie électronique D1 est configurée pour fournir au moins une première information Q, sous la forme d’un signal, laquelle information est représentative de la présence d’une différence de tension supérieure à une valeur seuil prédéterminée entre la première tension électrique V+ et la deuxième tension électrique V-. La circuiterie D1 est un circuit de type soustracteur de tension, par exemple à base d’amplificateurs opérationnels ou réalisée numériquement. Le dispositif de contrôle 10 d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice comprend donc les trois circuiteries électroniques OA1, OA2 et D1. Selon un mode de réalisation, la circuiterie électronique D1 détermine en outre un signal S dont la tension est égale à V+ - V-. Ce deuxième signal délivré par la circuiterie électronique D1 constitue une deuxième information, selon laquelle une anomalie est détectée en rapport avec le premier conducteur supraconducteur LCP ou en rapport avec le deuxième conducteur supraconducteur LCM. En effet, si le signe de la différence des tensions V+ - V- est positif, cela implique qu’un problème est survenu en relation avec le conducteur positif LCP. A contrario , si le signe de la différence des tensions V+ - V- est négatif, cela implique qu’un problème est survenu en relation avec le conducteur négatif LCM. Selon un mode de réalisation, la circuiterie électronique OA1 est une circuiterie de type amplificateur opérationnel dont les deux entrées sont respectivement connectées aux extrémités du conducteur positif LCP et la circuiterie électronique OA2 est une circuiterie de type amplificateur opérationnel dont les deux entrées sont respectivement connectées aux extrémités du conducteur négatif LCM. Selon un mode de réalisation, les circuiteries électroniques OA1 et OA2 sont respectivement alimentées par des circuits d’alimentation électriques indépendants l’un de l’autre et isolés galvaniquement l’un de l’autre (alimentation et masse). La est un ordinogramme illustrant des étapes d’un procédé de contrôle de la ligne d’alimentation électrique supraconductrice EL illustrée sur la . L’étape S0 est une étape d’initialisation au terme de laquelle tous les systèmes embarqués de l’aéronef 1 utiles à un roulage au sol ou au vol de ce dernier, parmi lesquels la ligne d’alimentation électrique EL et le dispositif de contrôle 10 sont correctement configurés et normalement opérationnels. Lors d’une étape S1, la circuiterie électronique OA1 détermine la première tension électrique V+ représentative de la différence de potentiel mesurée aux bornes du conducteur positif de la ligne d’alimentation électrique supraconductrice EL. Dans le même temps, la circuiterie électronique OA2 détermine, lors de l’étape S2, la deuxième tension électrique V- représentative de la différence de potentiel mesurée aux bornes du conducteur négatif de la ligne d’alimentation électrique supraconductrice EL. Une fois les tensions V+ et V- déterminés, la circuiterie D1 détermine, lors de l’étape S3, la différence de tension entre les tensions V+ et V- puis fournit, lors de l’étape S4, l’information Q représentative de la présence d’une différence de tension supérieure à une valeur seuil prédéterminée entre la tension V+ et la tension V-. Selon un mode de réalisation, la valeur seuil prédéterminée est inférieure à 100 mV, préférentiellement de l’ordre de quelques millivolts. La valeur seuil dépend notamment de plusieurs paramètres, dont la longueur de la ligne d’alimentation. Selon un mode de réalisation, le procédé peut comprendre une étape de filtrage de la première tension électrique V+ et de la deuxième tension électrique V-, ou une étape de filtrage de la différence de tension entre les tensions V+ et V-, de manière à éviter des déclenchements intempestifs et l’envoi d’une information S erronée. Selon un mode de réalisation, le filtrage est un filtrage passe-bas visant à éliminer des signaux parasites à hautes fréquences. Selon un mode de réalisation, la circuiterie D1 fournit en outre l’information S représentative du signe de la différence V+ - V-. Ces informations sont par exemple fournies à un dispositif configuré pour superviser le contrôle de l’intégrité des installations et systèmes de l’aéronef 1 ou encore de l’intégrité d’un sous-ensemble de ces installations et systèmes. La est une représentation schématique d’un exemple d’architecture interne du dispositif 10 de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’aéronef. Considérons à titre illustratif que la illustre un agencement interne du dispositif de contrôle 10 tel qu’embarqué dans l’aéronef 1. On note que la pourrait aussi illustrer schématiquement un exemple d’architecture matérielle d’un module de contrôle ou de supervision comprenant le dispositif de contrôle 10 d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’aéronef. Selon l’exemple d’architecture matérielle représenté à la , le dispositif de contrôle 10 comprend alors, reliés par un bus de communication 10-9 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 10-1 ; une mémoire vive RAM (« Random Access Memory » en anglais) 10-2 ; une mémoire morte ROM (« Read Only Memory » en anglais) 10-3 ; une unité de stockage telle qu’un disque dur (ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en anglais) 10-4 ; un module d’interfaces de communication 10-5 permettant au dispositif de contrôle 10 de communiquer avec des dispositifs distants, tels que d’autres systèmes embarqués de l’aéronef 1, par exemple un ou des systèmes de supervision de l’intégrité des systèmes de l’aéronef 1. Le processeur 10-1 du dispositif 10 de contrôle est capable d’exécuter des instructions chargées dans la RAM 10-2 à partir de la ROM 10-3, d’une mémoire externe (non représentée), d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque le dispositif de contrôle 10 d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice est mis sous tension, le processeur 10-1 est capable de lire de la RAM 10-2 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant la mise en œuvre, par le processeur 10-1, de tout ou partie d’un procédé de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice décrit en relation avec la ou de variantes décrites de ce procédé. Tout ou partie du procédé décrit en relation avec la ou ses variantes décrites peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un FPGA (« Field-Programmable Gate Array » en anglais) ou un ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais). En général, le dispositif de contrôle 10 d’une ligne d’alimentation électrique supraconductrice d’aéronef comprend de la circuiterie électronique configurée pour mettre en œuvre le procédé décrit en relation avec lui-même. Bien évidemment, le dispositif de contrôle 10 comprend en outre tous les éléments usuellement présents dans un système comprenant une unité de contrôle et ses périphériques, tels que, un circuit d’alimentation, un circuit de supervision d’alimentation, un ou plusieurs circuits d’horloge, un circuit de remise à zéro, des ports d’entrées-sorties, des entrées d’interruptions, des drivers de bus, cette liste étant non exhaustive. Procédé de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique (EL) à courant continu d’un aéronef (1), ladite ligne d’alimentation (EL) comprenant au moins deux conducteurs supraconducteurs (LCP, LCM) agencés dans un même cryostat (CR), ledit procédé étant exécuté par une circuiterie électronique configurée pour : déterminer (S1) une première tension électrique V+ représentative d’une première différence de potentiel mesurée aux bornes d’un premier conducteur (LCP) parmi lesdits au moins deux conducteurs (LCP, LCM) supraconducteurs, déterminer (S2) une deuxième tension électrique (V-) représentative d’une deuxième différence de potentiel mesurée aux bornes de l’autre conducteur (LCM), dit deuxième conducteur (LCM), parmi lesdits au moins deux conducteurs (LCP, LCM) supraconducteurs, puis, fournir (S4) une première information (Q) représentative de la présence d’une différence de tension supérieure à une valeur seuil prédéterminée entre ladite première tension électrique (V+) et ladite deuxième tension électrique (V-). Procédé de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique selon la revendication 1, comprenant en outre la fourniture d’une deuxième information (S) selon laquelle une anomalie est détectée en rapport avec ledit premier conducteur (LCP) ou en rapport avec ledit deuxième conducteur (LCM). Dispositif de contrôle (10) d’une ligne d’alimentation électrique (EL) à courant continu d’un aéronef (1), ladite ligne d’alimentation (EL) comprenant au moins deux conducteurs (LCP, LCM) supraconducteurs agencés dans un même cryostat (CR), ledit dispositif de contrôle (10) comprenant une circuiterie électronique configurée pour : déterminer (S1) une première tension électrique (V+) représentative d’une première différence de potentiel mesurée aux bornes d’un premier conducteur (LCP) parmi lesdits au moins deux conducteurs (LCP, LCM) supraconducteurs, déterminer (S2) une deuxième tension électrique (V-) représentative d’une deuxième différence de potentiel mesurée aux bornes de l’autre conducteur (LCM), dit deuxième conducteur (LCM), parmi lesdits au moins deux conducteurs (LCP, LCM) supraconducteurs, puis, fournir (S4) une première information (Q) représentative de la présence d’une différence de tension supérieure à une valeur seuil prédéterminée entre ladite première tension électrique et ladite deuxième tension électrique. Dispositif de contrôle d’une ligne d’alimentation électrique (EL) selon la revendication 3, comprenant en outre la fourniture d’une deuxième information (S) selon laquelle une anomalie est détectée en rapport avec ledit premier conducteur (LCP) ou en rapport avec ledit deuxième conducteur (LCM). Système d’alimentation électrique cryogénique d’un aéronef (1) comprenant un dispositif de contrôle (10) d’une ligne d’alimentation électrique (EL) selon l’une des revendications 3 et 4 configuré pour contrôler une ligne d’alimentation électrique cryogénique entre une source de courant (G) dudit aéronef (1) et un dispositif consommateur de courant (LD) dudit aéronef (1). Aéronef (1) comprenant un dispositif de contrôle (10) de ligne d’alimentation électrique selon l’une des revendications 3 et 4 ou un système d’alimentation cryogénique selon la revendication 5. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour exécuter les étapes (S1, S2, S4) d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 2 lorsque lesdites instructions sont exécutées par un processeur d’un dispositif de contrôle (10) d’une ligne d’alimentation électrique. Support de stockage comprenant un produit programme d’ordinateur selon la revendication 7.