INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le boîtier 17 du dispositif de régulation thermique 16 présente globalement une forme de parallélépipède rectangle centrée sur une direction principale d’extension, et le couvercle 19 s’étend sensiblement perpendiculairement à cette direction principale d’extension. Tel que cela est notamment visible sur la , la direction principale d’extension B du dispositif de régulation thermique 16 est perpendiculaire à la direction d’allongement principal A du couvre-culasse 4 et donc de la direction longitudinale L. Plus particulièrement, la direction principale d’extension B présente ici une composante transversale et une composante verticale, ce qui permet une accessibilité simplifiée au couvercle 19 et à l’embout de sortie 20 pour un opérateur lorsque l’ensemble de culasse est positionné sur le bloc moteur au sein du compartiment moteur du véhicule. La disposition du dispositif de régulation thermique 16 sur la paroi de recouvrement 6 du couvre-culasse 4, telle qu’elle vient d’être évoquée, et notamment la direction principale d’extension verticale et transversale du dispositif de régulation thermique et de l’embout de sortie 20 facilite le raccordement de cet embout de sortie 20 au système de traitement thermique du fluide de refroidissement.
Le dispositif de régulation thermique 16 comprend au moins deux canaux de circulation 171, 172 de fluide de refroidissement qui sont reliés à la chambre de circulation 170 dans laquelle la vanne formant thermostat 36 est agencée en travers d’au moins un canal de circulation. Plus particulièrement, tel que cela est notamment visible sur la , ces canaux de circulation s’étendent au moins en partie dans l’appendice 160 du dispositif de régulation thermique qui s’étend au sein de la culasse.
Parmi ces canaux de circulation de fluide de refroidissement, on peut notamment distinguer un premier canal de circulation 171 de fluide de refroidissement, qui débouche sur une face inférieure 161 de l’appendice 160, ladite face inférieure 161 étant agencée à l’opposé du boîtier 17. Tel que cela est visible sur la , le premier canal de circulation 171 communique ainsi directement avec une des chambres de circulation 34 formées dans la culasse 2. Le premier canal de circulation 171 est ainsi configuré pour guider la partie du fluide de refroidissement présent dans la chambre de distribution 170 et non dirigé vers l’embout de sortie 20 en direction d’une chambre de circulation 34.
On peut également distinguer un deuxième canal de circulation 172 de fluide de refroidissement, qui débouche sur une paroi latérale 162 de l’appendice 160, ladite paroi latérale 162 s’étendant entre la face inférieure 161 et le boîtier 17. Le deuxième canal de circulation 172 est destiné à être relié à une des chambres de circulation 34 formées dans la culasse, mais indirectement contrairement au premier canal de circulation 171. Un tuyau de raccordement 32 est agencé à cet effet entre l’extrémité du deuxième canal de circulation 172 formée dans la paroi latérale 162 de l’appendice et l’une des chambres de circulation.
Plus particulièrement, le tuyau de raccordement 32 est externe à la culasse 2. Il s’étend ici en regard d’une face latérale 21 de la culasse 2.
Le tuyau de raccordement 32 permet notamment de remonter le fluide de refroidissement, en provenance du bloc moteur et ayant circulé dans des chambres de circulation 34 de la culasse 2, en direction du deuxième canal de refroidissement 172 puis de la chambre de distribution. Le fluide de refroidissement est alors dirigé vers la chambre de distribution 170 et la vanne formant thermostat 36 du dispositif de régulation thermique 16, disposée en travers de cette chambre de distribution dirige le fluide de refroidissement vers l’embout de sortie 20 et/ou vers le premier canal de circulation 171 en fonction de la température du fluide de refroidissement et de la pression qui en résulte. La vanne formant thermostat 36 peut ainsi prendre une première position empêchant la circulation du fluide de refroidissement à travers l’embout de sortie de fluide 20, une deuxième position bloquant la circulation du fluide de refroidissement en direction du premier canal de circulation 171 et une position intermédiaire dans laquelle la vanne formant thermostat 36 autorise la circulation du fluide de refroidissement à travers l’embout de sortie de fluide 20 et à travers le premier canal de circulation 171.
Notamment, lorsque la température du fluide de refroidissement provenant du tuyau de raccordement 32 et du deuxième canal de circulation 171 est supérieure à une température seuil, température à laquelle le fluide de refroidissement ne refroidit plus assez efficacement les soupapes du moteur thermique, le thermostat 36 guide tout ou partie du flux de fluide de refroidissement vers le système de traitement thermique, cette partie du flux revenant ensuite dans l’ensemble de culasse et le bloc moteur via l’orifice d’entrée 22.
Selon l’invention, le dispositif de régulation thermique, qui comporte notamment un bloc logeant le thermostat, est associé au couvre-culasse pour ne pas entrer en interaction avec des composants présents dans le compartiment moteur et s’étendant à hauteur de la culasse ou du bloc moteur. Et il est plus particulièrement disposé sur le couvre-culasse au niveau d’une face frontale, c’est-à-dire sur une face s’étendant le long de la direction longitudinale de l’arbre à cames associé au couvre-culasse, de manière à ne pas entrer en interaction avec des composants devant être disposés latéralement de part et d’autre du bloc moteur selon la direction longitudinale.
Il résulte de ce positionnement la présence du tuyau de raccordement 32 précédemment évoqué, interposé entre le boîtier de ce dispositif de régulation thermique 16 formé sur le couvre-culasse et les chambres de circulation internes à la culasse, en regard de la face latérale 21 de la culasse 2, ou face d’extrémité longitudinale.
Au niveau de cette face latérale 21 de la culasse, l’ensemble de culasse 1 comprend une paroi de fermeture 38 participant à délimiter le volume interne, et les chambres de circulation 34, de la culasse 2, cette paroi de fermeture 38 s’étendant perpendiculairement à la direction d’allongement principal A du couvre-culasse 4, c’est-à-dire principalement dans un plan parallèle aux directions transversale T et verticale V.
Tel que plus particulièrement visible sur la , l’ensemble de culasse 1 comprend un dispositif de fixation 41 de la paroi de fermeture 38 à la culasse 2. Avantageusement et tel qu’illustré sur la , le dispositif de fixation 41 est un ensemble de vis, la paroi de fermeture 38 comprenant plusieurs trous circulaires aptes à coopérer avec l’ensemble de vis pour rendre solidaire la paroi de fermeture 38 de la culasse 2. Cependant, un autre dispositif de fixation 41 peut être utilisé de façon alternative ou complémentaire sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
De plus, la paroi de fermeture 38 comprend au moins deux orifices traversant 42 de part et d’autre la paroi de fermeture 38, le tuyau de raccordement 32 étant relié fluidiquement à une extrémité à une des chambres de circulation 34 de la culasse 2 au travers d’un orifice traversant 42 et à une autre extrémité au deuxième canal de circulation 172 formé dans l’appendice 160, là encore à travers un orifice traversant 42. On comprend que pour que le fluide de refroidissement puisse passer du deuxième canal de circulation 172 au tuyau de raccordement 32, l’orifice débouchant 163 du deuxième canal de circulation 172 formé dans la paroi latérale 162 de l’appendice 160, visible sur la , doit être disposé en regard d’un orifice traversant 42 de la paroi de fermeture 38.
Le tuyau de raccordement 32 est fixé sur la paroi de fermeture 38, autour d’un orifice traversant 42, de façon étanche, c’est-à-dire en empêchant tout échange de fluide entre le milieu extérieur au tuyau de raccordement 32 et l’intérieur du tuyau de raccordement 32.
Selon une alternative de l’invention, le tuyau de raccordement 32 s’étend à travers l’orifice traversant 42 de la paroi de fermeture 38, une ouverture de sortie du tuyau de raccordement 32 étant disposée dans la chambre de circulation 34 correspondante de la culasse 2. Dans cette configuration, le tuyau de raccordement 32 débouche ici directement dans la chambre de circulation 34 de la culasse 2, le fluide de refroidissement n’entrant pas en contact avec l’orifice traversant 42.
L’ensemble de culasse tel qu’il vient d’être décrit permet de répondre aux buts que l’invention s’était fixés, à savoir permettre le montage de cet ensemble de culasse et son dispositif de régulation thermique associé sur un bloc moteur à encombrement réduit, selon un agencement frontal, c’est-à-dire sur une face sensiblement parallèle à la direction d’allongement longitudinal de l’ensemble de culasse, et ceci afin de pouvoir disposer des composants d’une chaine d’entraînement du véhicule au plus près de l’ensemble moteur et notamment au plus près d’une face d’extrémité longitudinale de l’ensemble de culasse sans être gêné par le boîtier du dispositif de régulation thermique.
On connait du document [2] un procédé et un système de simulation de conditions d'un moteur en panne (méthode OEI) dans un aéronef multimoteur qui implique le fonctionnement des moteurs au-dessus de réglages de puissance non nuls, et fonctionnant chacun par rapport à l'autre pour simuler la perte de puissance subie lors d'une panne réelle d'au moins un moteur. Plus particulièrement, on simule le trou de puissance transitoire subit par le pilote au moment d’une vraie panne moteur en limitant transitoirement la puissance délivrée par les deux moteurs en dessous de leur puissance maximale d’urgence.
On connaît également des architectures et procédés de gestion d’installation motrice hybride, composée d’un ou plusieurs moteurs principaux et d’un ou plusieurs moteurs secondaires destinés à pouvoir compenser une perte de puissance d’au moins un moteur principal. Les documents [ 3 ] et [ 4 ] font état de ces solutions.
Dans le cas de systèmes propulsifs hybrides, une solution simple et bien connue pour l’entraînement à la panne d’un moteur est de mettre ce même moteur au ralenti afin qu’il ne délivre quasiment plus aucune puissance au rotor. Le pilote peut alors s’entraîner au vol en n’ayant à disposition que la (ou les) chaine(s) de puissance restante(s), cette (ou ces) chaine(s) pouvant être réalisée(s) que par le (ou les) moteur(s) secondaire(s) de nature différente du moteur simulé en panne (par exemple, un (ou des) moteur(s) électrique(s)).
Un exemple représentatif et non limitatif d’un aéronef et de son système propulsif hybride peut consister en un hélicoptère muni d’un rotor principal et d’un rotor de queue, dit anti-couple.
L’hélicoptère est équipé d’une chaine de puissance principale ayant un moteur principal qui fournit de la puissance mécanique aux deux rotors par l’intermédiaire d’une boîte de transmission principale (BTP). Ce moteur principal peut par exemple être un turbomoteur d’hélicoptère ; ce moteur principal fournit l’essentiel de la puissance nécessaire au vol de l’hélicoptère.
L’hélicoptère est également équipé d’une chaine de puissance secondaire électrique, qui est constituée : - d’un moteur électrique, qui fournit de la puissance mécanique aux deux rotors par l’intermédiaire d’une deuxième entrée sur la BTP ; - d’une électronique de puissance et de contrôle, qui permet de moduler la puissance délivrée par le moteur électrique ; - d’organes de distribution électrique ; et - d’une source de puissance électrique pouvant être une batterie.
Cette chaine de puissance secondaire est essentiellement destinée à fournir un niveau de puissance minimum pour assurer un atterrissage sécurisé, mais rapide, de l’aéronef. La puissance maximum disponible par le moteur électrique est donc significativement inférieure à celle fournie par le moteur principal. Le domaine de vol et les manœuvres permises sont donc très limités.
En cas de panne d’au moins un moteur propulsif d’un aéronef, en particulier à voilure tournante, la puissance maximale disponible est inférieure à la puissance disponible en conditions normales de fonctionnement (sans panne). Le pilotage de l’aéronef est alors plus complexe et nécessite un apprentissage et un entraînement dédié des pilotes. Ces entraînements consistent, en général, à « simuler » la panne d’un moteur en vol et à demander au pilote de piloter l’aéronef et d’atterrir dans ces conditions dégradées.
L’évolution des technologies permet d’introduire des systèmes propulsifs hybrides, intégrant une ou plusieurs chaines de puissance d’une autre nature que le(s) moteur(s) principal(aux). On peut citer notamment des chaines électriques ou hydrauliques.
Ces chaines de puissance d’une autre nature que le(s) moteur(s) principal(aux) peuvent être dimensionnées pour pouvoir fournir une puissance maximale équivalente ou significativement inférieure au(x) moteur(s) principal(aux) ; elles peuvent avoir pour rôle essentiel de fournir une puissance « de secours » en cas de panne d’un moteur principal.
La particularité de ces systèmes hybrides (par rapport à des installations de plusieurs moteurs identiques) est que les régimes de puissance maximum et la dynamique de variation de la puissance peuvent être très différents des moteurs principaux. L’ergonomie de pilotage peut donc être très affectée lors des situations de panne réelle ou d’entraînement à la panne. Ces entraînements doivent donc être fidèles de ces différences de comportement pour être représentatifs des situations de panne réelles.
Enfin, l’inconvénient majeur de la technique d’entraînement à la panne moteur décrite précédemment (i.e. la mise au ralenti du moteur supposé en panne) est qu’en cas de panne réelle d’une des chaines de puissance restantes pendant l’entraînement, le temps de réactivation et de mise en puissance du moteur mis au ralenti est très long. La sécurité du vol peut donc être très dégradée pendant les quelques secondes qui suivent la panne d’une chaine propulsive.
Les motoristes de turbomoteurs ont élaboré l’écolage dit « CAA » (pour « Civil Aviation Authority » en anglais) pour résoudre le problème de la sécurité, mais parfois au détriment de la représentativité. Ce mode d’écolage est aussi connu sous le nom d’OEI/2, car les deux moteurs sont limités à la puissance OEI/2.
Pour résumer, l’invention vise à apporter une solution aux problèmes suivants : - permettre l’entraînement des pilotes au vol avec une panne moteur (i.e. lorsqu’un des éléments d’une chaine propulsive ou de sustentation est simulé en panne) ; - en assurant un niveau de sécurité élevé en maintenant le moteur simulé en panne sur un régime de fonctionnement lui offrant une réactivité suffisante en cas de panne réelle de la chaine propulsive simulée saine (en particulier, une panne réelle quelconque de la chaine propulsive pendant l’entrainement doit pouvoir être accommodée sans danger pour l’aéronef, ce qui implique une bonne réactivité des éléments de la chaine propulsive encore intègre après la panne réelle) ; - sur un aéronef équipé d’un système propulsif hybride comprenant n chaines de puissance parallèles (n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2) dont au moins une première et une deuxième chaines de puissance de natures hétérogènes, les première et deuxième chaines possédant de préférence des performances en puissance et/ou en dynamique très différentes ; en fait, l’ensemble des n chaines va être utilisé pour simuler la panne de la première chaine, en simulant la perte d’une quantité de puissance équivalente à la puissance maximale de la première chaine ; à titre d’exemple pour l’ordre de grandeur des première et deuxième chaines, en puissance, on peut avoir un niveau de puissance maximum de la deuxième chaine au moins 30% inférieur à celui de la première chaine et, en dynamique, une dynamique de la deuxième chaine au moins deux fois plus rapide que la première chaine ; - sans solliciter exagérément chacun des éléments de la(les) chaine(s) de puissance restant active(s).
Pour ce faire, l’invention a pour objet un procédé d’entrainement d’un pilote à une panne d’une chaine de puissance d’un système propulsif hybride pour aéronef comprenant n chaines de puissance reliées en parallèle sur une boîte de transmission, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dont une première et une deuxième chaines de puissance de natures hétérogènes, le procédé comprenant, pendant un vol de l’aéronef, une simulation d’une panne de la première chaine de puissance par la mise en œuvre des étapes suivantes : - diminution de la puissance instantanée P M1inst délivrée par la première chaine de puissance jusqu’à une puissance d’écolage P M1 E col et maintien à cette puissance P M1 E col jusqu’à la fin de la simulation, avec : P M2ma x_OEI > P M1 E col > P M1min P M2ma x_OEI étant la puissance maximale instantanée délivrable par la deuxième chaine de puissance hors mode école et P M1min étant la puissance minimale instantanée délivrable par la première chaine de puissance ; et - augmentation de la puissance instantanée P M2inst délivrée par la deuxième chaine de puissance jusqu’à une puissance qui est inférieure ou égale à une puissance limite supérieure P M2lim _ E col applicable à la deuxième chaine de puissance pendant le mode école, et régulation de la puissance P M2inst au cours de la simulation de sorte que la puissance totale instantanée P tot _ Ecol délivrée par les première et deuxième chaines de puissance pendant le mode école soit inférieure ou égale à P M2max _OEI , avec : P tot _ Ecol =P M1 E col +P M2inst P tot _ Ecol ≤ P M2max _OEI P M2inst ≤ P M2lim _ E col M2max_OEI P M2lim _E col + P M1Ecol = P M2max_OEI P M2lim _E col étant la puissance maximale délivrable par la deuxième chaine de puissance en mode école pour que P tot _ Ecol ne dépasse pas P M2max _OEI ; le procédé comprenant en outre, de manière concomitante à la simulation, un contrôle de l’état des n chaines de puissance du système propulsif et, en cas de détection d’une panne de l’une des n chaines de puissance, arrêt de la simulation et augmentation de la puissance instantanée délivrée par au moins l’une parmi la première et la deuxième chaine de puissance, de sorte que la somme des puissances instantanées délivrées par les n chaines de puissance soit supérieure ou égale à P Rmin _OEI , P Rmi n_OEI étant une puissance instantanée totale minimum requise pour poursuivre le vol de l’aéronef.
Plus précisément, P Rmin_OEI est la puissance minimale nécessaire pour poursuivre le vol en conditions de sécurité satisfaisantes ; cette puissance dépend uniquement des caractéristiques de l’aéronef et elle est indépendante du fait d’être en mode école, en vol nominal ou en cas de panne. À titre d’exemple, sur un hélicoptère bimoteur, cela correspond réglementairement à l’OEI30’’ (ou PSU pour « puissance de super urgence »), et sur un hélicoptère monomoteur, à 90% PMD (PMD pour « puissance maximale au décollage »).
L’air compressé ou les gaz recirculés sont ramenés vers le côté admission opposé au côté échappement dudit moteur.
L’air d’admission peut être un mélange d’air compressé avec des gaz recirculés.
Selon la , l’air d’admission est refroidi pour assurer une meilleure efficacité du moteur, en passant par un échangeur de chaleur 11 généralement de type eau/air par lequel l’air transfère une partie de sa chaleur à un liquide de refroidissement à base d’eau. En sortie de l’échangeur, l’air est amené dans un répartiteur d’admission 14 qui est fixé contre une paroi 12 d’admission d’une face d’admission 70 de la culasse 50 du moteur. La face d’admission est du côté admission du moteur. Le répartiteur 14 comprend un plénum ou chambre de répartition connecté à des chambres de combustion du moteur via des canaux d’admission creusés dans la culasse. Chacune desdites chambres de combustion est délimitée par un cylindre creusé dans un carter-cylindres 60, un piston qui est mobile en coulissement selon l’axe du cylindre et une face inférieure de la culasse.
L’agencement de l’échangeur implique le montage de plusieurs éléments tels qu’un conduit d’amenée des gaz 30, une boite d’entrée de gaz 31 en amont de l’échangeur, l’échangeur, une bride de fixation 52 de l’échangeur contre la paroi d’admission de la culasse. De plus vus les différents de direction du flux de gaz, par exemple depuis la culasse vers l’extrémité d’entrée 12 de l’échangeur qui s’étend radialement depuis la culasse 50, différents dispositifs pour minimiser les pertes de charges, tels que des déflecteurs, sont intégrés pour optimiser également l’arrosage des conduits de passage des gaz de l’échangeur.
Selon un mode de réalisation de l’invention représenté en figures 2 et 3, le système d’admission d’air 10 ou de gaz recirculés comprend un conduit d’amenée 30 des gaz sensiblement tubulaire qui s’étend depuis une face d’échappement 71 du moteur vers la face d’admission 70 de la culasse. Le conduit ici passe au-dessus de la culasse 50, mais il peut suivre un autre chemin sans réduire la portée de l’invention.
Le conduit d’amenée 30 présente une première extrémité amont 31 d’entrée des gaz sensiblement proche des interfaces de sortie des gaz ayant passé par un élément du moteur amont. Dans l’exemple présenté, l’extrémité amont d’entrée des gaz est proche de la sortie d’un étage de compression d’un turbocompresseur 62.
La seconde extrémité aval 32 du conduit d’amenée est disposée sensiblement au-dessus de la culasse, notamment au-dessus d’un couvre-culasse 61 monté en appui sur ladite culasse 50 comme représenté en .
Ledit conduit d’amenée 30 débouche dans une bouche divergente 13 avec une section de passage qui s’accroit progressivement sensiblement linéairement. La bouche divergente 13 est un diffuseur amont qui présente ainsi une section de passage circulaire en entrée 14 ou en amont connectée avec le conduit d’amenée 30, et une section de passage rectangulaire en sortie ou aval 15. La section de passage aval rectangulaire est adaptée pour être connectée à l’échangeur de chaleur 11 de type eau-air, notamment à la zone d’échange de chaleur de l’échangeur. Le diffuseur amont 13 est connecté fluidiquement avec le conduit d’amenée 30 des gaz pour simplifier le circuit de gaz.
L’échangeur de chaleur 11 est présenté en figures 4 et 5, en exemple dans un mode réalisation non limitatif, afin de faciliter la compréhension.
Ledit échangeur 11 comprend des conduits tubulaires de passage 16 d’air ou de gaz qui sont baignés dans une chambre d’échange d’eau ou de liquide de refroidissement 17. Ladite chambre est délimitée par un carter d’échangeur 18 pour former une zone d’échange de chaleur 20.
Le carter 18 de l’échangeur 11 peut comprendre deux embouts 19a,19b conformés pour être connectés à un circuit de refroidissement (non représenté) du moteur. De manière préférentielle, un premier embout d’entrée de liquide 19a est agencé à proximité de l’extrémité aval 22 de sortie des gaz de la zone d’échange 20 qui est également proche de la culasse 50 dans laquelle est formée une partie du circuit de refroidissement du moteur. Cette proximité de l’embout d’entrée de liquide avec la culasse permet de réduire de façon sensible les tubes de connexion ou d’assemblage entre l’embout d’entrée 19 a de liquide de l’échangeur 11 et le circuit de refroidissement de la culasse 50.
De manière préférentielle, le carter 18 comprend un second embout 19b de sortie de liquide qui est connecté en retour au circuit de refroidissement du moteur. Ledit second embout de sortie 19b est agencé à proximité de l’extrémité 21 amont d’entrée des gaz de la zone d’échange 20.
Le flux de liquide de refroidissement traverse donc la zone d’échange 20 en sens inverse ou à contre-courant du flux de gaz au travers de ladite zone d’échange, ce qui favorise davantage les échanges de chaleur. Ce type d’échange est connu sous le nom anglais de « counter-flow ».