INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La culasse 5 et les dents statoriques 6 comportent par exemple un empilement de tôles en matériau magnétique doux ou en matériau composite magnétique doux.
En variante, la culasse 5 comporte un empilement de tôles en matériau magnétique doux et les dents 6 comportent un matériau composite magnétique doux.
Selon encore une autre variante, les dents 6 comportent un empilement de tôles en matériau magnétique doux et la culasse 5 comporte un matériau composite magnétique doux.
Les dents 6 statoriques comportent des bobines statoriques (non représentées) pour générer un champ magnétique dans l’entrefer de la machine 2 séparant le stator 3 et le rotor 4.
Selon une première variante, en référence à la , des organes de ventilation 3 sont positionnés en amont et en aval (position en tandem) de la machine électrique M pour améliorer le refroidissement et optimiser l’espace disponible tout en rapprochant la machine électrique M au plus près de la turbomachine à gaz T. Cela permet en outre de former deux étages de compression et optimiser la circulation du flux d’air de refroidissement FR. Une telle configuration permet de réduire le taux de compression par étage de ventilation et d’éviter d’entrer dans des modes dégradés de ventilation pouvant engendrer un refroidissement suboptimal. Sur la , il est représenté un organe de couplage principal 4 associé à chaque organe de ventilation 3 mais il va de soi qu’un seul organe de ventilation 3 pourrait être associé à un organe de couplage principal 4.
Selon une deuxième variante, en référence à la , l’enceinte 2 comporte une paroi de séparation périphérique 8 définissant au moins une sous-enceinte intérieure 21, dans laquelle est montée la machine électrique M, et une sous-enceinte extérieure 22. Au moins un organe de ventilation 3 est monté en rotation dans chaque sous-enceinte 21, 22 de manière à assurer un refroidissement distinct. La sous-enceinte extérieure 22 permet avantageusement de former une barrière thermique, entre la veine primaire V1 et la machine électrique M, qui peut être refroidie de manière indépendante.
Sur la , par souci de clarté, il n’est pas représenté d’organe de couplage principal 4 associé à chaque organe de ventilation 3 mais il va de soi qu’un tel organe de couplage principal 4 pourrait être associé à un, plusieurs ou chaque organe de ventilation 3.
Un exemple de mise en œuvre d’un procédé d’utilisation selon l’invention va être dorénavant présenté en référence aux figures 13 et 14. En référence à la , l’arbre M1 est couplé à l’organe de ventilation 3 afin de l’entrainer en rotation. Le procédé comprend une étape consistant à : découpler l’organe de ventilation 3 de l’arbre M1 afin de ne pas l’entrainer en rotation, en particulier, en commutant l’organe de couplage principal 4 en mode de découplage, lorsque la vitesse de rotation VM de l’arbre M1 est inférieure au seuil bas prédéterminé S1, entrainer en rotation l’organe de ventilation 3 par une source de puissance auxiliaire 5 de manière indépendante de l’arbre M1 comme illustré à la .
Cela permet avantageusement d’apporter un flux d’air de refroidissement FR plus important avec la source de puissance auxiliaire 5 lorsque la vitesse de rotation VM de l’arbre M1 est faible. De manière préférée, l’organe de couplage principal 4 est en position de couplage puis commuté en position de découplage. A l’inverse, l’organe de couplage auxiliaire 4’ est en position de découplage puis commuté en position de couplage. Grâce à cet exemple de mise en œuvre, on améliore le refroidissement même lorsque la vitesse de rotation VM est faible, par exemple, lorsque l’aéronef est en phase de taxi ou se déplace à faible vitesse.
Selon un autre aspect de l’invention, la machine électrique M est utilisée en mode générateur et reçoit de l’énergie mécanique via la turbomachine à gaz T grâce à l’organe de couplage global 7 qui est en position de couplage. Selon un exemple de mise en œuvre en référence aux figures 15 et 16, le procédé comprend des étapes, selon un mode moteur de la machine électrique M, consistant à : découpler l’arbre M1 de la turbomachine à gaz T par commutation de l’organe de couplage global 7 en position de découplage, et l’organe de ventilation 3 étant couplé à l’arbre M1 par l’organe de couplage principal 4 en mode de couplage, entrainer en rotation l’organe de ventilation 3 par rotation de l’arbre M1 de manière à refroidir la machine électrique M.
Dans cet exemple de mise en œuvre, la machine électrique M peut être dédiée au refroidissement, ce qui est avantageux pour ventiler de manière efficace l’enceinte 2, en particulier, lorsque la turbomachine à gaz T est éteinte.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, le procédé comprend des étapes, selon un mode générateur de la machine électrique M, consistant à : coupler l’arbre M1 à la turbomachine à gaz T, par commutation de l’organe de couplage global 7 en position de couplage, de manière à ce que la machine électrique M génère de l’énergie électrique, l’organe de ventilation 3 étant découplé à l’arbre M1.
Un tel exemple de mise en œuvre permet d’utiliser l’énergie mécanique fournie par la turbomachine à gaz T essentiellement pour la génération d’énergie électrique, aucune puissance n’étant prélevée pour le refroidissement. Cette configuration est avantageuse dans les cas où le système de ventilation pourrait être défaillant, ou dans les cas où les conditions d’alimentation dans le flux secondaire sont suffisantes pour ventiler la machine électrique sans besoin de comprimer l’air davantage grâce au système de ventilation.
De manière préférée, l’arbre M1 de la machine électrique M tourne dans des sens opposés en mode générateur et en mode moteur permettant d’utiliser des systèmes de couplage de type « roue-libre » pour une ventilation entrainée uniquement par la machine électrique.
Il va de soi que l’organe de multiplication 6 pourrait également être utilisé dans chacune des configurations, en particulier, lorsque la vitesse VM n’est pas suffisante pour assurer un refroidissement optimal.
Ensemble propulsif pour aéronef comprenant une turbomachine à gaz et une machine électrique avec un système de refroidissement comprenant un organe de multiplication et procédé d’utilisation associé La présente invention concerne le domaine des ensembles propulsifs pour aéronef, en particulier, un ensemble propulsif comprenant une turbomachine à gaz associée à une machine électrique pouvant fonctionner en moteur pour assurer la propulsion électrique ou en générateur pour alimenter par exemple une batterie électrique ou un réseau électrique de l’aéronef.
En même temps que l'hydrogène se réchauffe en traversant le conduit 3, l'air qui traverse le conduit 4 se refroidit grâce au fluide présent dans le circuit 5. Sa température initiale T 3 s'abaisse pour atteindre T 4 en sortie de conduit.
Le circuit fermé tubulaire 5 renferme un fluide caloporteur tel qu'un gaz, avantageusement neutre, c'est-à-dire inerte vis-à-vis de l'hydrogène afin d'éviter tout risque de réaction entre eux, par exemple de type chimique, consécutive à une fuite.
A titre d'exemple, on peut citer l’hélium (He), qui présente une bonne conductivité, ne génère pas de corrosion, et est inerte à très hautes températures. Un autre exemple bon marché est le CO 2 dès lors que la température du gaz lors des échanges ne dépasse pas 500°C.
Chaque tronçon 50 s’étend avantageusement sur au moins 20 centimètres et préférentiellement sur 20 à 30 centimètres.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les tronçons 50 du circuit 5, c'est-à-dire ceux qui sont à l'intérieur des conduits 3 et 4, sont pourvus à leur périphérie de moyens agencés pour augmenter leur surface d’échange thermique avec les conduits précités.
Il s’agit préférentiellement d’ailettes 53 qui s’étendent radialement autour de chaque tronçon 50, selon la direction longitudinale de celui-ci.
Pour un échange thermique satisfaisant, la surface totale d’échange avec les ailettes 53 sera avantageusement au moins trois fois supérieure à la surface externe lisse (sans ailettes) du tronçon 50.
Préférentiellement et comme montré sur les figures, ces ailettes 53 sont équidistantes angulairement. Avantageusement, elles sont agencées au plus tous les 20°, de préférence au plus tous les 10°et encore plus préférentiellement tous les 5°.
Ainsi, il s’opère un échange thermique efficace entre l'hydrogène qui s'écoule dans le conduit 3 et le fluide caloporteur présent dans le circuit 5 d'une part et entre ce fluide caloporteur et l'air qui circule dans le conduit 4.
Pour améliorer encore cet échange, on pourra veiller à ce que les dimensions des ailettes soient telles qu’elles s’approchent au plus près de la paroi interne des conduits 3 et 4.
Tout autre élément de forme ou de taille différente permettant d’augmenter la surface d’échange peut être intégré dans le dispositif.
Les régions des conduits 3 et 4 en contact avec le circuit 5 peuvent intégrer un isolant thermique afin de diminuer les gradients et donc les contraintes mécaniques dans ces zones. Cela permet également de minimiser le risque de fuite dans ces zones.
En lieu et place d’un isolant, on peut envisager une collerette annulaire autour des tronçons 51, venant en appui contre les parties correspondantes des conduits 3 et 4.
Lors de la circulation d’air dans le conduit 4 et d’hydrogène dans le conduit 3, il s’opère, via le circuit 5, un échange thermique qui réchauffe l’hydrogène et qui permet, par la suite, de l’injecter dans la chambre de combustion. Et cet échange est d’autant plus efficace si l’air et l’hydrogène circulent à contre-sens.
De plus, cela permet de refroidir l’air circulant dans le conduit 4 qui est prélevé au niveau du compresseur pour le circuit « HPTACC » ou « LPTACC » ou « LPT cooling », et d’améliorer grandement la réduction du jeu en sommet d’aube ou le refroidissement des disques des turbines.
Enfin, un tel système est non-intrusif du point de vue de la veine primaire et n’occasionne pas d’encombrement supplémentaire concernant la veine secondaire.
Le vitrage feuilleté comprend en outre : - un revêtement chauffant, - un revêtement contrôle solaire comprenant au moins une couche à base d’argent, le revêtement chauffant et le revêtement contrôle solaire se trouvent chacun au contact du premier intercalaire de feuilletage, sur une face du premier substrat et sur une face du deuxième substrat.
Exemples I. Matériaux et revêtements 1. Généralité Dans ces exemples, les substrats de verre sont des substrats de verre de type aluminosilicate trempés chimiquement et bombés.
Les premiers intercalaires de feuilletages sont des intercalaires en polyuréthane de 6,5 mm. Les seconds intercalaires sont des intercalaire en PVB de 1,1 mm d’épaisseur. Pour l’exemple comparatif, un intercalaire PVB contrôle solaire a été utilisé. Il s’agit du produit Saflex® solar SH41 présentant les caractéristiques suivantes selon la norme ISO 9050 : - Transmission solaire : 51 %, Réflexion solaire : 5%, Absorption solaire : 43 %, - Transmission lumineuse : 83 % et réflexion lumineuse : 7%.
2. Revêtements chauffants Le revêtement chauffant ITO14 est constitué d’une couche d’oxyde d’étain et d’indium de 140 nm. Cette couche a été déposée par pulvérisation magnétron sur un substrat de verre de 3 mm. Elle présente une résistance de couche de 14 Ω/□ mesurée par induction. Le revêtement chauffant ITO11 est constitué d’une couche d’oxyde d’étain et d’indium de 180 nm. Cette couche est déposée par pulvérisation magnétron sur un substrat de verre de 3 mm. Elle présente une résistance de couche de 11 Ω/□ mesurée par induction.
3. Revêtements contrôle solaire Les couches métalliques fonctionnelles (F) sont des couches d’argent (Ag). Les couches de blocage sont des couches métalliques de titane (Ti). Les revêtements diélectriques comprennent des couches barrières et des couches stabilisantes. Les couches barrières sont à base d’oxyde de titane et à base d’oxyde de zinc et d’étain. Les couches stabilisantes sont à base d’oxyde de zinc (ZnO). Les conditions de dépôt des couches, qui ont été déposées par pulvérisation (pulvérisation dite « cathodique magnétron »), sont résumées dans le tableau 1.
Couche Cible employée Pression de dépôt Gaz ZnO Zn:Al à 98:2 % en pds 1,8.10-3 mbar Ar /(Ar + O2) à 63 % SnZnO Zn:Sn à 64:36 % at 2.10 -3 mbar Ar/(Ar + O 2 ) à 50 % TiO2 TiOx 2.10-3 mbar Ar/(Ar + O2) à 95 % Ti Ti 2-3.10-3 mbar Ar à 100 % Ag Ag 8.10-3 mbar Ar à 100 %
Pds : Poids ; at : Atomique
Des revêtements contrôle solaire définis ci-après sont déposés sur des substrats en verre d’une épaisseur de 6 mm.
Le tableau 2 liste les matériaux et les épaisseurs physiques en nanomètres (sauf autre indication) de chaque couche ou revêtement qui constitue les revêtements en fonction de leur position vis-à-vis du substrat porteur de l’empilement (dernière ligne en bas du tableau). Tableau 2 CS.1 CS.2 CS3 CS.4 CS.5 SnZnO - 24 5 - 16 Si3N4 - - 20 ZnO - 5 5 - 10 CB : Ti - 0,1 0,1 - 0,1 CF : Ag2 - 12 12 - 12 - ZnO - 5 5 - 10 - SnZnO - 53 - 10 55 - Si3N4 - - 55 - - TiO2 28 - - 18,5 - - ZnO 5 5 5 10 10 CB : Ti 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 CF : Ag1 17 10 10 16 10 - ZnO 5 5 5 10 10 - TiO2 25 12 12 23 16 Substrat (mm) 6 6 6 6 6
II. Configurations : vitrage pour l’aéronautique Les vitrages feuilletés présentent la configuration suivante : un premier substrat de verre S1 de 3 ou 6 mm d’épaisseur éventuellement revêtu en face 2 d’un revêtement / un premier intercalaire de polyuréthane (PU) / un second substrat de verre S2 de 3 ou 6 mm d’épaisseur éventuellement revêtu d’un revêtement en face 3 / un second intercalaire de polyvinylbutyral (PVB) / un troisième substrat de 6 mm d’épaisseur.
Les vitrages de référence ne comprennent pas de revêtement contrôle solaire.
Les vitrages selon l’invention comprennent un revêtement contrôle solaire et un revêtement chauffant sur la face 2 ou 3 du vitrage.
Le vitrage Comp.1 comprend comme second intercalaire un PVB contrôle solaire.
Le tableau ci-dessous reprend les différentes configurations testées. Vitrage Face 2 Face 3 PVB Contrôle solaire Ref.1 ITO 14 - Non Inv.1 ITO 14 CS1 Non Inv.2 ITO 14 CS2 Non Inv.3 ITO 14 CS3 Non Ref.2 ITO 11 Non Comp.1 - ITO 11 Oui Inv.4 CS4 ITO 11 Non Inv.5 ITO11 CS5 Non
1. Premiers essais Les performances sur les vitrages Ref.1, Inv.1, Inv.2 et Inv.3 ont été obtenues par simulation. Réf.1 Inv.1 Inv.2 Inv.3 T L (%) 81 74 70 71 T E (%) 55 39 32 32 g (%) 64 49 43 44 s 1,26 1,51 1,62 1,61 ∆s (%) - 20 29 28
est une vue, selon un plan de coupe longitudinal, de deux portions de conduits dans lesquels circulent respectivement de l'air et de l'hydrogène, ces portions de conduits étant en condition d'échange thermique au moyen d'un circuit fermé tubulaire dans lequel circule un fluide caloporteur ;
est une vue en perspective des deux portions de conduite et du circuit fermé tubulaire de la .
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Sur les figures 4 et 5 annexées, on s’est dispensé de représenter à nouveau une architecture de turbomachine telle que celle des figures 2 et 3, architecture à laquelle s’appliquent les caractéristiques distinctives selon l’invention.
Dans ces conditions, ne figurent sur les figures que les éléments qui contribuent réellement à l’objectif que se fixe la présente invention.
Ainsi, en référence à la est visible un premier conduit 3 d’amenée d’hydrogène jusqu’aux injecteurs de la chambre de combustion de la turbomachine. Le sens de circulation de l’hydrogène dans ce conduit 3 est symbolisé par les flèches H 2 .
Pour des raisons de simplification, seule une partie de ce conduit 3 a été représentée, à savoir la partie utile au sens de l’invention.
Ainsi, bien que cela ne soit pas représenté ici, la partie du conduit 3 située à droite de la figure est reliée à un réservoir de stockage d’hydrogène liquide, tandis que celle située à gauche est reliée aux injecteurs de la chambre de combustion. Comme on l'expliquera plus loin, entre les deux extrémités du conduit, l'hydrogène aura subi une hausse de température, de la température initiale T 1 à la température finale T 2 .
Avant de s'écouler dans le conduit 3, l'hydrogène a bien entendu subi un préchauffage à l'aide de moyens connus de l'homme du métier, afin de lui faire quitter l'état liquide.
Est également visible sur cette un deuxième conduit 4 de circulation et de distribution d’air.
Le sens de circulation de l’air dans ce conduit 4 est représenté par la flèche A, à savoir qu'il opère dans le sens contraire de celui de l'hydrogène. Toutefois, dans un mode de réalisation possible mais non représenté, les sens de circulation de l’hydrogène et de l’air pourraient être identiques.
Le conduit 4 n’est aussi représenté que partiellement, sous la forme d’une portion rectiligne 40 dont les extrémités amont et aval sont référencées 41 et 42. Il fait partie par exemple d’un circuit « HPTACC », de sorte qu’il s’étend entre une première région du compresseur haute pression de la turbomachine (située à gauche de la ) et une deuxième région en regard de la face externe du carter de la turbine haute pression de la turbomachine (située sur la droite de la ).
Cependant, dans des configurations non représentées ici, le conduit 4 peut faire partie d’un circuit « LPTACC » ou « LPT Cooling ».
Conformément à l’invention, l'architecture ci-dessus intègre également un circuit fermé tubulaire 5 qui contient un fluide caloporteur, dont au moins un premier tronçon 50 s'étend à l'intérieur du premier conduit 3 d’amenée d’hydrogène et au moins un deuxième tronçon 50 s'étend à l'intérieur du deuxième conduit 4 de circulation et de distribution d’air.
Plus précisément, dans le mode de réalisation représenté ici à titre d'exemple, le circuit 5, vu de face, s'inscrit dans un quadrilatère régulier (en l'occurrence un rectangle) dont les tronçons 50 précités sont parallèles.
Les deux autres côtés du quadrilatère sont formés par des tronçons 51 et des pièces d'angle coudées à 90° qui assurent la jonction des tronçons 50 et 51 deux à deux.
Bien entendu, cette disposition est simplement illustrative et l'homme du métier saura l'adapter à la configuration de la turbine à équiper. Ainsi, les tronçons 50 ne sont pas forcément parallèles, et les tronçons 51 ne sont pas forcément rectilignes.
A l’issue de l’étape e), on vise par exemple une rugosité RMS inférieure à 1nm, voire 0,5nm, et une rugosité PV inférieure à 5nm.
En outre, le film en carbone vitreux 30 présente d’excellentes caractéristiques de conduction électrique, avec une résistivité typiquement inférieure à 6.10 -3 ohm.cm.
Les propriétés mécaniques, électriques et thermiques du film de carbone vitreux 30 font du substrat support 20 un excellent candidat pour la fabrication d’une structure composite 100 par transfert d’une couche mince 10 en carbure de silicium monocristallin (c-SiC) sur ledit substrat support 20.
Notons que ces propriétés mécaniques, électriques et thermiques sont également un atout dans une structure composite 100 dont le substrat support 20 comprendrait par exemple un substrat initial 2 en p-AlN et dont la couche mince 10 serait par exemple en c-GaN, ou autres combinaisons de premiers et deuxièmes matériaux.
Revenant à la description d’une structure composite à base de SiC, le procédé de fabrication conforme à l’invention peut ainsi comprendre une étape f) de transfert d’une couche mince 10 en c-SiC sur le film de carbone vitreux 30.
Il existe différentes options, connues de l’état de la technique pour effectuer un transfert de couche mince, qui ne seront pas décrites ici de manière exhaustive.
Selon un mode préféré, l’étape f) du procédé implique une implantation d’espèces légères selon le principe du procédé Smart Cut®.
Dans une première phase f1), un substrat donneur 1 en carbure de silicium monocristallin, dont sera issue la couche mince 10, est fourni ( ). Le substrat donneur 1 se présente préférentiellement sous la forme d’une plaquette de diamètre 100mm, 150mm, 200mm voire 300mm (identique à ou très proche de celui du substrat support 20) et d’épaisseur comprise typiquement entre 300μm et 800μm. Il présente une face avant 1a et une face arrière 1b. La rugosité de surface de la face avant 1a est avantageusement choisie inférieure à 1nm RMS, voire inférieure à 0,5nm RMS, mesurée par microscopie à force atomique (AFM) sur une zone de surface par exemple de 20μm x 20μm. Le substrat donneur 1 peut être de polytype 4H ou 6H, et présenter un dopage de type n ou p, en fonction des besoins des composants qui seront élaborés sur et/ou dans la couche mince 10 de la structure composite 100.
Notons que le substrat donneur 1 destiné à former une couche mince 10 en c-GaN pourra être formé à partir d’un substrat de base en GaN, SiC, Si(111) ou saphir sur lequel une épitaxie de GaN monocristallin sera réalisée, selon les procédés classiques.
Une deuxième phase f2) correspond à l’introduction d’espèces légères dans le substrat donneur 1 pour former un plan fragile enterré 11 délimitant, avec une face avant 1a du substrat donneur 1, la couche mince 10 à transférer ( ).
Les espèces légères sont préférentiellement de l’hydrogène, de l’hélium ou une co-implantation de ces deux espèces, et sont implantées à une profondeur déterminée dans le substrat donneur 1, cohérente avec l’épaisseur de la couche mince 10 visée. Ces espèces légères vont former, autour de la profondeur déterminée, des microcavités distribuées dans une fine couche parallèle à la surface libre 1a du substrat donneur 1, soit parallèle au plan (x,y) sur les figures. On appelle cette fine couche le plan fragile enterré 11, par souci de simplification.
L’énergie d’implantation des espèces légères est choisie de manière à atteindre la profondeur déterminée. Par exemple, des ions hydrogène seront implantés à une énergie comprise entre 10 keV et 250 keV, et à une dose comprise entre 5E16/cm 2 et 1E17/cm 2 , pour délimiter une couche mince 10 présentant une épaisseur de l’ordre de 100nm à 1500nm. Notons qu’une couche de protection pourra être déposée sur la face avant 1a du substrat donneur 1, préalablement à l’étape d’implantation ionique. Cette couche de protection peut être composée par un matériau tel que l’oxyde de silicium ou le nitrure de silicium par exemple. Elle est retirée préalablement à la phase suivante.
Optionnellement, une couche intermédiaire 4 peut être formée sur la face avant 1a du substrat donneur 1, avant ou après la deuxième phase f2) d’introduction des espèces légères. Cette couche intermédiaire 4 peut être en un matériau semi-conducteur ou en un matériau métallique ; par exemple, on pourra choisir le silicium, le carbure de silicium, le carbone vitreux ou turbostratique, le tungstène, le titane, etc. L’épaisseur de la couche intermédiaire 4 est avantageusement limitée, typiquement entre quelques nanomètres et quelques dizaines de nanomètres.
Dans le cas où la couche intermédiaire 4 est formée avant la phase f2), l’énergie d’implantation (et potentiellement la dose) des espèces légères sera ajustée à la traversée de cette couche supplémentaire. Dans le cas où la couche intermédiaire 4 est formée après la phase f2), on prendra soin de former cette couche en appliquant un budget thermique inférieur au budget thermique de bullage, ledit budget thermique de bullage correspondant à l’apparition de cloques à la surface du substrat donneur 1 du fait d’une croissance et d’une mise sous pression trop importante des microcavités dans le plan fragile enterré 11.
L’étape f) de transfert comprend ensuite une troisième phase f3) d’assemblage du substrat donneur 1, du côté de sa face avant 1a, sur le substrat support 20, du côté de sa première face 20a, par collage par adhésion moléculaire, le long d’une interface de collage 5 pour former un ensemble collé 50 (figures 4c, 4c’).
De manière optionnelle, une couche additionnelle peut également être déposée sur la face à assembler du substrat support 20 (à savoir sur la couche de carbone vitreux 30), préalablement à la phase f3) d’assemblage ; elle peut être choisie de même nature ou de nature différente de la couche intermédiaire 4 évoquée pour le substrat donneur 1. Une couche intermédiaire 4 ou additionnelle peut éventuellement n’être déposée que sur l’un ou l’autre des deux substrats 1,20 à assembler.