INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Par ailleurs, dans ce cas de figure également, le premier moteur fonctionnant dans le mode veille peut être redémarré par la première machine électrique au moins, lors d’une phase de redémarrage rapide.
Dans certains modes de réalisation, lorsque la première machine électrique est couplée à l’arbre de la turbine libre du premier moteur en étant en prise directe avec celui-ci, le premier moteur est démarré par celle de la première ou de la deuxième machine électrique couplée au générateur de gaz uniquement lorsque le deuxième moteur est arrêté, ou par la première et/ou la deuxième machine électrique lorsque le deuxième moteur a été préalablement démarré.
Dans le cas d’un premier démarrage au sol, le rotor principal étant arrêté, la première machine électrique en prise directe avec l’arbre de la turbine libre ne peut pas être utilisée pour entrainer le générateur de gaz et démarrer le premier moteur, l’inertie et le couple résistif du rotor principal étant en effet trop importants. Par conséquent, la deuxième machine électrique, couplée au générateur de gaz uniquement, est utilisée pour démarrer le premier moteur. En revanche, lorsque le deuxième moteur a été préalablement démarré, entrainant alors le rotor principal, la première machine électrique peut être utilisée pour démarrer le générateur de gaz du premier moteur, tout en entrainant la turbine libre. Le premier moteur démarre alors en turbines dites liées. Compte tenu de cette architecture et de la présence des deux machines électriques, il est ainsi possible d’optimiser le fonctionnement de l’aéronef multi-moteur et son démarrage en fonction des cas de figure.
La représente une vue en coupe d’un ensemble propulsif pour aéronef bimoteur selon un premier mode de réalisation,
La représente un schéma fonctionnel de l’ensemble propulsif de la ,
La représente une vue en coupe d’un ensemble propulsif pour aéronef bimoteur selon un deuxième mode de réalisation,
La représente un schéma fonctionnel de l’ensemble propulsif de la .
Une architecture d’un ensemble propulsif 100 selon un premier mode de réalisation de l’invention va être décrite dans la suite de la description, en référence aux figures 1 et 2.
Dans cet exemple, l’étage de compression principal 31, monté sur l’arbre de propulsion principal 4, et l’étage de compression auxiliaire 5, monté sur l’arbre de propulsion auxiliaire 6, comprennent chacun une roue centrifuge permettant d’accélérer respectivement le flux d’air principal A1 et le flux d’air auxiliaire A2. Les roues centrifuges sont montées de préférence axialement successivement selon l’axe longitudinal X. Les flux d’air A1, A2 sont ainsi aspirés longitudinalement et évacués radialement. Il va néanmoins de soi que l’invention s’applique aussi à des roues axiales.
De manière préférée, l’entrée d’air auxiliaire 51 est positionnée longitudinalement entre l’étage de compression principal 31 et l’étage de compression auxiliaire 5. Plus précisément, dans cet exemple, la turbomachine à gaz 2 comprend successivement d’amont en aval la sortie d’air auxiliaire 52, l’étage de compression auxiliaire 5 et l’entrée d’air auxiliaire 51. Autrement dit, dans cet exemple, l’étage de compression principal 31 et l’étage de compression auxiliaire 5 s’étendent dans des sens opposées de manière à permette une intégration mécanique optimale. Les flux d’air A1, A2 sont conduits respectivement d’amont vers l’aval et depuis l’entrée d’air principale 33 et d’aval vers l’amont depuis l’entrée d’air auxiliaire 51.
Dans une forme de réalisation préférée, comme représenté sur la , l’entrée d’air auxiliaire 51 est confondue avec l’entrée d’air principale 33, ce qui permet une unique entrée d’air A pour alimenter à la fois l’étage de compression principal 31 avec le flux d’air principal A1 et l’étage de compression auxiliaire 5 avec le flux d’air auxiliaire A2. Cela permet d’améliorer la compacité et d’équiper l’unique entrée d’air d’une grille de collecte de débris antigivrante.
De manière préférée, le générateur de gaz 3 et l’étage de compression auxiliaire 5 sont montés dans une même enceinte fermée. Autrement dit, l’étage de compression auxiliaire 5 est intégré à la turbomachine à gaz 2 et cette dernière comprend un unique carter, permettant un gain de place important. La turbomachine à gaz 2 permet ainsi de s’affranchir de l’ajout d’un compresseur extérieur pour alimenter la pile à combustible 9 en air, ce qui permet de limiter la masse et l’encombrement de l’ensemble propulsif 1. Cela est d’autant plus avantageux que l’arbre de propulsion principal 4 et l’arbre de propulsion auxiliaire 6 sont reliés mécaniquement. La lubrification est avantageusement commune au sein du carter.
Autrement dit, la turbomachine à gaz 2 selon l’invention permet d’alimenter le générateur de gaz 3 et la pile à combustible 9 en parallèle avec deux flux d’air A1, A2 distincts accélérés par deux étages de compression 31, 5 distincts montés dans une même enceinte. Dans cet exemple, le flux d’air principal A1 et le flux d’air auxiliaire A2 sont issus d’un même flux d’air A entrant dans la turbomachine à gaz 2.
Dans une forme de réalisation préférée, en référence à la , la turbomachine à gaz 2 comprend un système de débrayage 7 qui relie mécaniquement l’arbre de propulsion principal 4 et l’arbre de propulsion auxiliaire 6. Autrement dit, le système de débrayage 7 est à l’interface entre les deux arbres de propulsion principal 4 et de propulsion auxiliaire 6.
De manière avantageuse, cela permet d’entrainer l’arbre de propulsion auxiliaire 6 indépendamment de l’arbre de propulsion principal 4. Cela est particulièrement avantageux lorsque l’arbre de propulsion auxiliaire 6 est relié à une machine électrique auxiliaire indépendante comme cela sera présenté par la suite.
Le système de débrayage 7 est configuré pour évoluer entre une position embrayée dans laquelle l’arbre de propulsion principal 4 est solidaire en rotation de l’arbre de propulsion auxiliaire 6, et une position débrayée dans laquelle l’arbre de propulsion principal 4 est désolidarisé de l’arbre de propulsion auxiliaire 6. Autrement dit, le système de débrayage 7 est configuré pour désolidariser l’arbre de propulsion principal 4 et l’arbre de propulsion auxiliaire 6, ce qui permet d’alimenter la pile à combustible 9 avec le flux d’air auxiliaire A2 même lorsque le générateur à gaz 3 n’est pas en fonctionnement.
En particulier, dans cet exemple, le système de débrayage 7 est configuré pour évoluer entre la position embrayée et la position débrayée de manière automatique en fonction de la vitesse de rotation de l’étage de turbine 32 du générateur à gaz 3. Dans une forme de réalisation, le système de débrayage 7 est configuré pour être automatiquement dans la position embrayée lorsque la vitesse de rotation de l’étage de turbine 32 est supérieure à un seuil de vitesse prédéterminé. De manière analogue, le système de débrayage 7 est configuré pour être dans la position débrayée lorsque la vitesse de rotation de l’étage de turbine 32 est inférieure au seuil de vitesse prédéterminé. Dans cet exemple, la position embrayée est activée lorsque la vitesse de l’arbre de propulsion principal 4 est supérieure à celle de l’arbre de propulsion auxiliaire 6. De manière inverse, la position débrayée est activée lorsque la vitesse de l’arbre de propulsion principal 4 est inférieure à celle de l’arbre de propulsion auxiliaire 6.
En résumé, dans cet exemple, lorsque le générateur de gaz 3 fonctionne à un régime trop bas, par exemple lorsqu’il est en cours d’arrêt, le système de débrayage 7 est configuré pour passer automatiquement dans la position débrayée, permettant à la pile à combustible 9 de continuer à fonctionner.
Dans cet exemple, le système de débrayage 7 se présente sous la forme d’une roue libre, permettant un système simple et dont l’encombrement est limité pour un montage dans la turbomachine à gaz 2.
Dans une forme de réalisation, l’ensemble propulsif 1 comprend un système de supervision (non représenté) configuré pour détecter lorsque le générateur de gaz 3 fonctionne et ne fonctionne pas. Le système de supervision est configuré pour placer automatiquement le système de débrayage dans la position débrayée en cas de détection de non-fonctionnement du générateur de gaz 3, ce qui permet de garantir l’alimentation en énergie électrique Elec de la machine électrique de propulsion M et ainsi de garantir le fonctionnement de l’organe propulsif.
Dans une forme de réalisation, en référence à la , la turbomachine à gaz 2 comprend une machine électrique auxiliaire 8 reliée à l’arbre de propulsion auxiliaire 6. La machine électrique auxiliaire 8 est configurée pour entrainer en rotation l’arbre de propulsion auxiliaire 6 par exemple lorsque le système de débrayage 7 est dans la position débrayée. Autrement dit, lorsque le système de débrayage 7 est dans la position débrayée, par exemple en cas de panne du générateur de gaz 3, la pile à combustible 9 est configurée pour fournir de l’énergie électrique Elec à la machine électrique auxiliaire 8 qui peut ainsi entrainer l’étage de compression auxiliaire 5. De manière préférée, la machine électrique auxiliaire 8 est montée extérieurement au carter de la turbomachine à gaz 2.
La machine électrique auxiliaire 8 est également configurée pour générer de l’énergie électrique Elec à partir de la rotation de l’arbre de propulsion auxiliaire 6, de manière à alimenter par exemple la machine électrique de propulsion M en complément de la pile à combustible 9.
Dans une forme de réalisation, le générateur de gaz 3 et la pile à combustible 9 sont alimentées par un même carburant Q, permettant de simplifier la turbomachine à gaz 2 et de limiter son encombrement dans l’aéronef. De préférence, le carburant Q est du dihydrogène, permettant un carburant propre qui permet de limiter les émissions de gaz à effet de serre. Il va de soi que le carburant pourrait être différent, par exemple un carburant durable connu sous son abréviation anglaise SAF pour « sustainable aviation fuel ». De même il va de soi que la pile à combustible 9 pourrait par exemple être alimentée par du dihydrogène et le générateur de gaz 3 par du kérosène.
En référence à la , dans cet exemple, le carburant Q, configuré pour alimenter le générateur de gaz 3 et la pile à combustible 9, est stocké dans un unique réservoir R, de préférence un réservoir R cryogénique, qui permet d’embarquer une masse plus importante de carburant Q tout en limitant la masse de l’aéronef.
Dans ce mode particulier d’implémentation, la lecture dans les FIFOs 21 est contrôlée par un masque de lecture RM (« Read Mask ») comportant 2 x P bits. Ce masque de lecture RM correspond à l’un des masques de lecture RM 1 , RM 2 et RM 3 . Le choix du masque de lecture à utiliser est fait par l’intermédiaire du multiplexeur 53 qui est contrôlé par l’indication d’erreur temporelle Err-Ind. Par exemple, le masque de lecture RM 1 est utilisé lorsque l’indication d’erreur temporelle Err-Ind vaut « nominal », le masque de lecture RM 2 est utilisé lorsque l’indication d’erreur temporelle Err-Ind vaut « dépassement inférieur » et le masque de lecture RM 3 est utilisé lorsque l’indication Err-Ind vaut « dépassement supérieur ».
Chaque bit d’un masque de lecture est respectivement associé à une FIFO 21 et indique si ladite FIFO 21 doit ou non être utilisée en lecture. Comme pour les FIFOs 21, les bits des masques de lecture sont ordonnés cycliquement : pour un indice i variant entre 1 et (2 x P - 1), le bit d'indice (i - 1) précède le bit d'indice i et le bit d'indice (2 x P - 1) précède le bit d'indice 0.
Dans l’exemple considéré et illustré à la , le facteur de parallélisation P est égal à quatre (P = 4) et les masques de lecture comportent chacun huit bits. Un bit à ‘1’ indique que la FIFO associée doit être utilisée en lecture, un bit à ‘0’ indique que la FIFO associée ne doit pas être utilisée en lecture (là encore, rien n’empêcherait d’utiliser une logique inverse). Les bits sont ordonnés de gauche à droite et l’indice d’un bit correspond à l’indice de la FIFO à laquelle il est associé.
Le masque de lecture RM 1 qui est associé à l’indication « nominal » comporte exactement P bits successifs à ‘1’. Le masque de lecture RM 2 qui est associé à l’indication « dépassement inférieur » comporte exactement (P - 1) bits successifs à ‘1’. Le masque de lecture RM 3 qui est associé à l’indication « dépassement supérieur » comporte exactement (P + 1) bits successifs à ‘1’. Par exemple, le masque de lecture RM 1 est initialisé à la valeur binaire 0b11110000 (pour indiquer que seules les quatre FIFOs d’indice 0 à 3 doivent être utilisées en lecture) ; le masque de lecture RM 2 est initialisé à la valeur binaire 0b11100000 (pour indiquer que seules les trois FIFOs d’indice 0 à 2 doivent être utilisées en lecture) ; le masque de lecture RM 3 est initialisé à la valeur binaire 0b11111000 (pour indiquer que seules les cinq FIFOs d’indice 0 à 4 doivent être utilisées en lecture).
A un coup d’horloge courant, l’unité de contrôle 22 est configurée pour mettre à jour chacun des trois masques de lecture RM 1 , RM 2 et RM 3 , pour le coup d'horloge suivant, en effectuant une rotation binaire de la valeur courante desdits masques de lecture respectivement de P, (P - 1) ou (P + 1) bits selon que l'indication d’erreur temporelle Err-Ind fournie par le module 30 d'interpolation est respectivement « nominal », « dépassement inférieur » ou « dépassement supérieur ». Autrement dit, si l’indication est « nominal », chacun des trois masques de lecture RM 1 , RM 2 et RM 3 subit une rotation de P bits ; si l’indication est « dépassement inférieur », chacun des trois masques de lecture RM 1 , RM 2 et RM 3 subit une rotation de (P - 1) bits ; si l’indication est « dépassement supérieur », chacun des trois masques de lecture RM 1 , RM 2 et RM 3 subit une rotation de (P + 1) bits. Ainsi, les FIFOs 21 dans lesquelles un échantillon doit être lu au coup d’horloge courant sont les FIFOs 21 qui suivent les FIFOs 21 dans lesquelles des échantillons ont été lus au coup d'horloge précédent : si l’indice de la dernière FIFO qui a été utilisée en lecture au coup d’horloge précédent pend une valeur i comprise entre 0 et (2 x P - 2), alors la première FIFO à utiliser en lecture au coup d’horloge courant est l’indice (i + 1) ; si l’indice de la dernière FIFO qui a été utilisée en lecture au coup d’horloge précédent a pour valeur (2 x P - 1), alors la première FIFO à utiliser en lecture au coup d’horloge courant est celle dont l’indice vaut 0.
Sur la , les blocs 51 « ROT » représentent chacun un circuit électronique capable d’effectuer une opération de rotation binaire. Dans l’exemple considéré, il s’agit d’une rotation vers la droite (car le bit d’indice 0 correspondant à la première FIFO est le bit le plus à gauche, c’est-à-dire le bit de poids le plus fort) mais il est évident qu’on pourrait également utiliser une rotation vers la gauche si les bits étaient ordonnés dans l’autre sens.
Le tableau ci-dessous donne un exemple de valeurs prises par les masques de lecture à des coups d’horloge successifs. Dans le tableau ci-dessous, la notation CK p représente un coup d’horloge d’indice p ; la notation RM correspond au masque de lecture utilisé pour le coup d’horloge courant ; la notation « Next RM i » correspond à la valeur du masque de lecture RM i mise à jour pour le coup d’horloge suivant (avec i = 1, 2 ou 3).
CK Err-Ind RM Next RM 1 Next RM 2 Next RM 3 … … … 0b11110000 0b11100000 0b11111000 CK p-1 Normal 0b11110000 0b00001111 0b00001110 0b10001111 CK p Normal 0b00001111 0b11110000 0b11100000 0b11111000 CK p+1 Dépassement supérieur 0b11111000 0b10000111 0b00000111 0b11000111 CK p+2 Normal 0b10000111 0b01111000 0b01110000 0b01111100 … … … … … …
Comme indiqué précédemment, chaque FIFO 21 peut être configurée pour activer une indication 54 de risque de pénurie lorsque le nombre d'échantillons mémorisés dans la FIFO 21 est inférieur ou égal à un seuil. Dans l’exemple considéré, chaque FIFO peut comporter jusqu’à huit échantillons, l’indication 54 de risque de pénurie prend la valeur ‘1’ lorsque le nombre d'échantillons dans la FIFO 21 est inférieur ou égal à deux, sinon l’indication 54 de risque de pénurie prend la valeur ‘0’. La porte 55 est configurée pour effectuer une opération logique « OU » (OR) entre les indications 54 de risque de pénurie des différentes FIFOs 21. La porte 55 « OU » contrôle le multiplexeur 56 pour définir la valeur d’un masque binaire d’autorisation en lecture RA (« Read Authorization »). Le masque RA prend la valeur 0b00000000 lorsqu’une indication 54 de risque de pénurie est à ‘1’ pour au moins une des FIFOs (c’est-à-dire lorsque le résultat de la porte 55 « OU » est ‘1’). Le masque RA prend la valeur 0b11111111 lorsque l’indication 54 de risque de pénurie est à ‘0’ pour toutes les FIFOs (c’est-à-dire lorsque le résultat de la porte 55 « OU » est ‘0’). La porte 57 est configurée pour effectuer une opération logique « ET » (AND) entre le masque RM et le masque RA. La porte 57 « ET » fournit en sortie le masque binaire RC qui contrôle les FIFOs dans lesquelles un échantillon doit être lu. Ainsi, la lecture dans les FIFOs 21 est autorisée si et seulement si l'indication 54 de risque de pénurie n'est activée pour aucune des FIFOs 21.
Alternativement ou en complément, un mécanisme peut être mis en œuvre pour interdire la lecture dans les FIFOs 21 pendant un nombre prédéterminé de coups d’horloge après une réinitialisation du dispositif 10 de synchronisation, afin de laisser du temps aux FIFOs 21 de se remplir.
Lorsque le contrôle de la lecture dans les FIFOs utilise des opérations de rotation sur des masques de lecture binaires, comme décrit ci-dessus en référence à la , les bits sont ordonnés de gauche à droite (ou de droite à gauche) dans le même ordre cyclique que les FIFOs auxquelles ils sont respectivement associés. On peut toutefois noter qu’il n’est pas indispensable que l’indice d’un bit d’un masque de lecture corresponde à l’indice de la FIFO à laquelle il est associé.
Conformément à ce qui a été décrit précédemment en référence à la , il est envisageable d’utiliser une indication supplémentaire renseignant sur la validité des échantillons au coup d’horloge considéré. Dans un tel cas, la lecture dans les FIFOs 21 ainsi que la mise à jour des masques de lecture RM 1 , RM 2 , et RM 3 seraient conditionnées par cette indication de validité des échantillons.
La représente schématiquement un mode particulier d’implémentation du contrôle du réseau de permutation 23. Dans l’exemple considéré, le réseau de permutation 23 est un circuit électronique capable d'effectuer des opérations de rotation binaire. Au coup d’horloge courant, la rotation à effectuer est définie en fonction de l’indication SC (« Shift Control »). Plus particulièrement, l’indication SC permet de définir le nombre de bits à décaler selon l’opération de rotation.
L’indication SC correspond à un compteur 64 dont la valeur courante est définie en fonction de la valeur dudit compteur 64 au coup d’horloge précédent et en fonction de l'indication d’erreur temporelle Err-Ind fournie par le module 30 d'interpolation au coup d’horloge précédent. La mise à jour du compteur 64 à chaque coup d’horloge en fonction de l'indication d’erreur temporelle Err-Ind permet d’identifier la FIFO 21 à partir de laquelle les prochains échantillons doivent être fournis au module 30 d’interpolation.
Le nombre de bits avec lesquels la valeur du compteur 64 est codée est égal au plafond (c’est-à-dire à l’entier supérieur le plus proche) du logarithme binaire de 2 x P (i.e. ), c’est-à-dire trois bits dans l’exemple considéré (P = 4 et ).
Au coup d’horloge courant, l’unité de contrôle 22 est configurée pour mettre à jour le compteur 64, pour le coup d'horloge suivant, en effectuant une addition modulo 2 x P de la valeur courante du compteur 64 avec la valeur P, P - 1 ou P + 1 selon que l'indication d’erreur temporelle Err-Ind fournie par le module 30 d'interpolation est respectivement « nominal », « dépassement inférieur » ou « dépassement supérieur ». Le choix de la valeur à utiliser en fonction de l'indication d’erreur temporelle Err-Ind est mis en œuvre par le multiplexeur 62. L’addition modulo 2 x P est mise en œuvre par l’additionneur 63 (il s’agit d’un additionneur 2 x P bits). On peut noter que choisir la valeur P comme une puissance de deux permet de simplifier l’implémentation matérielle de l’additionneur 63 (un additionneur sur N bits rend directement une somme modulo 2 N ).
La première et la deuxième machine électrique 30, 32 peuvent être pilotées par une unité de contrôle (non représentée). Ainsi, la première et/ou la deuxième machine électrique 30, 32 entraînent le générateur de gaz 12 par l’intermédiaire des roues libres 322, 33 respectivement, permettant le démarrage du générateur de gaz 12. Lors du démarrage du générateur de gaz 12, les gaz chauds entrainent la turbine libre 11, cette dernière étant reliée au rotor principal 62 via la première roue-libre 312, le réducteur de vitesse 51 et la roue libre du premier moyen de couplage principal 510.
Dans un deuxième temps, après la phase de démarrage, la turbine libre 11 entraine la première machine électrique 30 par l’intermédiaire de la première roue libre 312 afin de générer de l'énergie électrique. La première machine électrique 30 peut être reliée électriquement à un réseau électrique de l’ensemble propulsif 100 afin d’alimenter différents équipements électriques (non représentés). On notera que les étapes ci-dessus s’appliquent également à un démarrage normal (et non un redémarrage depuis le mode SEO) de l’une ou l’autre des turbomachines 1 et 2, et hors situation d’urgence.
En outre, après la phase de démarrage et lorsque les deux générateurs de gaz 12, 22 sont en fonctionnement (par exemple après le rallumage de l’une des deux turbomachines pour sortir du mode SEO), la première machine électrique 30, 40 générant de l’énergie électrique peut transmettre de l’énergie électrique à la deuxième machine électrique 32, 42 couplée uniquement au générateur de gaz 12, 22, par l’intermédiaire d’une connexion électrique 70, afin de réaliser de l’hybridation interne et assister le générateur de gaz 12, 22 via la deuxième machine électrique 32, 42 en prise avec l’arbre 14, 24 du générateur de gaz 12, 22.
On notera que dans l’exemple illustré sur la , seule la deuxième turbomachine 2 est équipée d’une connexion électrique 70. Cela permet à la première machine électrique 40 d’assister le générateur de gaz 22 via la deuxième machine électrique 42 en prise avec l’arbre 24 du générateur de gaz 22, dans le cadre du mode SEO et lorsque la deuxième turbomachine 2 entraine seule le rotor principal 62.
Cet exemple n’est cependant pas limitatif, l’une ou l’autre, ou les deux turbomachines 1, 2 pouvant être équipée(s) d’une telle connexion électrique 70. En outre, dans cet exemple, compte tenu de la présence de la troisième roue libre 33, 43, la deuxième machine électrique 32, 42 ne peut pas être entrainée pour fonctionner en mode génératrice, et par conséquent seule la première machine électrique 30, 40 peut transférer de l’énergie électrique à la deuxième machine électrique 32, 42, mais pas l’inverse. Cependant, en l’absence de la troisième roue libre 33, 43, les première 30, 40 et deuxième 32, 42 machines électriques pourraient s’échanger de l’énergie électrique mutuellement, sans sortir du cadre de l’invention.
Par ailleurs, il est également possible d’effectuer un redémarrage rapide de la première turbomachine 1 depuis le mode veille. Ce redémarrage rapide est identique à l’étape de démarrage ou de redémarrage décrite plus haut, mais la première machine électrique 30 de forte puissance est nécessairement utilisée dans ce cas de figure, seule ou éventuellement complétée par la deuxième machine électrique 32 afin d’optimiser le temps de réactivation. En effet, la puissance de la première machine électrique 30 étant de l’ordre de plusieurs dizaines à quelques centaines de kilowatts, il est possible de démarrer le générateur de gaz 12 beaucoup plus rapidement qu’avec un démarreur d’une puissance de l’ordre de 10kW, habituellement utilisé. Cela procure notamment un avantage opérationnel dans le cas de missions de type secours médical, ou lors des tentatives de redémarrage rapide en vol.