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PROCÉDÉ DE RATIONALISATION DE CHAINE DE COMPOSANTS
ELECTRIQUES D'UN AERONEF, ARCHITECTURE DE MISE EN OEUVRE
ET AERONEF CORRESPONDANT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
[0001 ]L'invention se rapporte à un procédé de rationalisation de chaîne
de composants de transmission d'énergie électrique d'un aéronef. L'invention
concerne également une architecture électromécanique apte à mettre en uvre
un tel procédé et un aéronef comportant des composants d'énergie électrique
agencés selon cette architecture.
[0002]Les aéronefs comportent en général au moins une unité auxiliaire
de puissance embarquée, encore appelée APU (initiales de Auxiliary Power
Unit en terminologie anglaise) ou GAP (initiales de Groupe Auxiliaire de
Puissance). Un GAP est un petit turboréacteur qui, associé à un générateur de
courant électrique, est apte à fournir de l'énergie électrique à un moteur
électrique
dédié au déplacement de l'aéronef au sol.
[0003]Les GAP équipent ainsi habituellement les aéronefs pour alimenter
au sol différents équipements consommateurs d'énergie (puissances électrique,
pneumatique et hydraulique, conditionnement d'air), et démarrer les moteurs
principaux. Un GAP peut éventuellement être redémarré et utilisé en vol en cas
de
panne du système de commande d'air conditionné ou de la distribution
électrique.
Suffisamment sécurisé pour être certifié, par exemple en classe moteur, II
peut
alors se subsister, dans certaines phases de vol, aux moteurs principaux pour
fournir de l'énergie aux équipements consommateurs.
[0004]Comme illustré sur le schéma de la figure 1, un GAP 10 se
compose classiquement d'un générateur de gaz ¨ comprenant un compresseur 1
d'air Ai, une chambre de combustion 2 du mélange air Al et carburant Ki, et de
deux turbines 3 et 4 ¨ ainsi que d'au moins un arbre d'entraînement et de
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puissance 5. La deuxième turbine 4 est classiquement une turbine liée, les GAP
les plus puissants étant équipés d'une turbine libre.
[0005]Les étages 3 et 4 de détente des gaz G1 fournissent de la
puissance au compresseur 1 via l'arbre d'entraînement 5. Cet arbre 5 est aussi
un
arbre de puissance : de la puissance résiduelle reste en effet disponible sur
l'arbre
5 pour entraîner des équipements lorsque le GAP est opérationnel, par exemple
au sol ou pendant certaines phases de vol, en particulier au décollage, à
l'atterrissage ou en cas de panne potentielle de moteur. Dans le cas où la
turbine
4 est libre, la puissance disponible est transmise aux équipements sur un
arbre
d'entraînement colinéaire à l'arbre 5.
[0006]Pour assurer le besoin en air comprimé Ac, par exemple en
roulage au sol, un compresseur de charge 6 est entraîné par la puissance
disponible fournie par l'arbre 5 pour comprimer de l'air entrant AO. Ce
compresseur 6 est couplé, par exemple, à un système de conditionnement d'air
ou
à un système de pression pneumatique (non représenté).
[0007]Pour fournir de la puissance électriques aux équipements, en
particulier pour le démarrage des moteurs principaux, l'arbre 5 est couplé à
deux
alternateurs 7a et 7b montées en parallèle via les pignons P1 à P3 d'un
boitier
relais de tramission de puissance 8. Sur chaque arbre d'entraînement 9a et 9b
de
chaque alternateur 7a et 7b, est disposé un fusible mécanique Fa,
respectivement
Fb, permettant de couper les surcouples en cas de panne d'un alternateur. Ces
fusibles peuvent être, par exemple, des crabots dentés ou des sections à
casser.
[0008] Le moyen générateur de courant électrique, constitué par au moins
un alternateur, est ici doublé car la sécurité technologique prévoit une
redondance
fonctionnelle et disposer au mieux de deux circuits électriques indépendants.
De
manière générale, les équipements sont classiquement doublés et restent
indépendants.
[0009] Le démarrage d'un GAP est classiquement réalisé par un lanceur
électrique (non représenté) et le démarrage des moteurs principaux par un
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démarreur pneumatique alimenté par le compresseur de charge 6 monté sur
l'arbre d'entraînement 5 du GAP.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0010] L'arrivée récente des démarreurs/générateurs électriques, DG en
abrégé, a permis de supprimer l'utilisation d'un démarreur pneumatique 6 des
moteurs principaux et celle du lanceur électrique de GAP. En utilisant des
électroniques de puissance EP1 et EP2, les alternateurs 7a et 7b fonctionnant
en
DG sont transformés, par des liaisons de puissance [PI et LP2, en moteur
(démarreur) en phase de démarrage du GAP puis convertis en générateur en
phase de fourniture de courant électrique (alternateur). Les électroniques de
puissance régulent la puissance électrique fournie par les DG 7a et 7b à
partir des
réseaux électriques R1 et R2 de l'aéronef ou transmises à ces réseaux. Cette
transmission permet de fournir de la puissance aux équipements de l'aéronef,
en
particulier aux moto-compresseurs des systèmes de conditionnement d'air.
[0011]Lors du démarrage du GAP, initié à partir des batteries de
l'aéronef, le courant continu est converti par les électroniques EP1 et EP2 en
courant alternatif selon une fréquence variable permettant une adaptation, en
vitesse et/ou en couple, du pilotage en phase de démarrage du GAP.
[0012]Par ailleurs une unité de contrôle numérique U1, appelée aussi
FADEC (initiales de Full Authority Digital Engine Control en terminologie
anglaise) régule les vitesses des engrenages du boîtier 8 de transmission de
puissance. La régulation est effectuée en injectant la quantité de carburant
K1
appropriée dans la chambre de combustion 2 via un doseur D1. Cette quantité
est
calculée et appliquée par l'unité U1 en fonction de l'écart entre la vitesse
des
engrenages du boîtier 8 fournie par un capteur de vitesse Cv, et transmise à
l'unité U1, et une valeur de consigne. L'unité U1 et les électroniques de
puissance
EP1, EP2 sont en liaisons câblées ou radio LA avec le centre de pilotage de
l'aéronef, afin de coordonner et d'anticiper les commandes de puissance avec
les
conditions de vol.
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[0013]De nos jours, une augmentation importante d'équipements
électriques tend à favoriser le concept du tout électrique . L'utilisation
d'une
architecture de fourniture d'énergie sur la base décrite ci-dessus est
inadaptée
pour entraîner ces équipements.
[0014]11 est connu par exemple de dédier une électronique de puissance
au pilotage des moteurs des compresseurs de charge, ou moto-compresseurs,
pour le besoin en air comprimé. En général, quatre moto-compresseurs sont
utilisés dans les réseaux R1, R2 pour alimenter deux systèmes d'air
conditionné
ou ECS (initiales de Environment Control System en terminologie anglaise).
Ce type de pilotage nécessite l'utilisation de moto-compresseurs et d'un
alternateur de grande capacité, par exemple d'une puissance de 200 kVA, pour
générer les besoins en électricité du moteur de chaque moto-compresseur et les
besoins en électricité de l'aéronef, en particulier lors du démarrage du GAP.
[0015]Ainsi, la multiplication des équipements entraîne l'utilisation de
moteurs et/ou générateurs surabondants pour coordonner électriquement les
équipements, ainsi qu'une multiplication des systèmes de liaison
électromécanique dans les boitiers relais. L'architecture devient alors
complexe et
peu économe en énergie. En particulier, l'encombrement, la masse et les coûts
sont augmentés alors que la fiabilité est diminuée.
[0016]De plus, dans le réseau alternatif distribué d'un aéronef, le GAP
constitue un rajout de source de puissance importante dont l'utilisation,
limitée à
certaines phases de vol, se traduit par des commutations de circuits en temps
réel
fortement complexes dans le c ur électrique, en particulier pour assurer les
différentes fonctions en cas de panne.
[0017]L'énergie récupérée par recyclage, par exemple lors de la
décélération au sol par les moteurs du train d'atterrissage (fonction dite
green
taxiing en terminologie anglaise, c'est-à-dire en récupération verte du
taxiage)
ou par des échangeurs de chaleur disposés en des emplacements appropriés,
n'est pas utilisable par les GAP dans les phases de vol où ils ne sont pas
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opérationnels, les temps de démarrage et d'autorisation de mise en charge sont
trop longs : un système d'absorption d'énergie supplémentaire doit être
installé.
[0018]La redondance technologique d'un GAP peut être assurée par les
moteurs principaux. Cependant, cette solution nécessite le raccordement de ces
moteurs au système pneumatique. Alternativement, des systèmes indépendants,
tels que des moto-compresseurs, peuvent être envisagés pour assurer la
redondance. Mais ces solutions ajoutent des dispositifs supplémentaires, ce
qui
participe à la connplexification de l'ensemble.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
[0019]L'invention vise à s'affranchir de ces inconvénients et, en
particulier, à réaliser une architecture apte à rationaliser la distribution
électrique
entre différents composants d'un aéronef afin de diminuer le nombre de
composants, l'encombrement, la masse et les coûts, tout en garantissant une
bonne fiabilité.
[0020]Pour ce faire, l'invention propose d'optimiser l'offre énergétique par
un fonctionnement adapté en réversibilité de systèmes de fourniture électrique
des
GAP. Ce fonctionnement permet une adaptation, en cas de panne du GAP ou du
système de fourniture d'énergie pneumatique ou hydraulique.
[0021]Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de
rationalisation de chaîne de composants de transmission d'énergie électrique
d'un aéronef comportant un groupe auxiliaire de puissance GAP, des moteurs
principaux et des équipements consommateurs finaux d'énergie électrique,
pneumatique et/ou hydraulique gérés par des systèmes de commande dédiés. Le
GAP fournit de la puissance délivrée sur un arbre d'entraînement par liaison à
au
moins un groupe de transformation énergétique via un boîtier de transmission
de
puissance. Chaque groupe de transformation n'a qu'un composant
électromécanique convertible démarreur/générateur et un transformateur
d'énergie associé. La transmission de puissance est réalisée à partir du ou de
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chaque groupe de transformation par liaison directe, d'une part, au boîtier de
transmission et, d'autre part, à l'équipement final dédié.
[002210e procédé permet ainsi de supprimer les intermédiaires
(moteurs, générateurs, convertisseurs, etc.) de transformation
électromécaniques
et de diminuer les capacités de puissance nécessaires pour la fourniture
d'énergie
à l'équipement final dédié, par exemple aux systèmes de conditionnement d'air.
[0023]Ce procédé également la rationalisation d'absorption d'énergie
récupérée par d'autres systèmes de l'aéronef, tels que des moteurs de roues du
train d'atterrissage pendant le freinage ou une turbine de récupération de
l'énergie
en liaison avec un échangeur thermique.
[0024]Avantageusement, la liaison entre le groupe transformateur et le
GAP est réalisé dans le boîtier par couplage de l'arbre d'entraînement du GAP
sur
l'arbre du démarreur/générateur DG via une communication de puissance
directionnelle fonctionnant dans un seul sens allant de l'arbre d'entraînement
du
GAP à l'arbre du DG, la transmission étant libre ou sans communication
d'entraînement dans l'autre sens.
[0025]Selon des modes particuliers, le procédé peut prévoir que:
- le ou un des DG est configuré pour fonctionner en mode moteur
pendant la phase de démarrage du GAP, et entraîner alors le GAP via une
communication de puissance directionnelle allant du groupe au GAP;
- le DG fonctionnant alors en mode moteur est avantageusement
connecté de manière mobile à l'arbre d'entraînement du GAP de sorte que le
transformateur d'énergie associé ne soit pas entraîné pendant la phase de
démarrage du GAP;
- une turbine de récupération d'énergie, par échange thermique à
l'échappement de gaz chauds en sortie d'équipements pneumatiques et/ou des
moteurs principaux, entraîne au moins partiellement un groupe transformateur
par
couplage dans le boîtier de transmission de puissance via au moins une
communication de puissance directionnelle allant de la turbine de récupération
au
groupe transformateur ;
- le ou un des groupes transformateurs est dédié au taxiage par fourniture
d'énergie électrique en couplage avec une motorisation de train d'atterrissage
de
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l'aéronef et l'autre groupe à la fourniture d'énergie selon les besoins de
l'aéronef,
le groupe dédié au taxiage étant configuré pour fonctionner en mode générateur
en liaison avec l'arbre d'entraînement du GAP selon la demande en traction de
ladite motorisation, et en mode moteur d'entraînement du compresseur associé
.. lorsque la motorisation de train est convertie en mode générateur pendant
les
phases de freinage ;
- alternativement, un DG supplémentaire est dédié au taxiage et couplé à
l'arbre du GAP dans le boîtier pour être entraîné par cet arbre et fonctionner
en
mode générateur selon la demande en traction de la motorisation de train, et
pour
fonctionner en mode moteur d'entraînement de l'arbre du GAP lui-même en mode
moteur lorsque la motorisation de train est convertie en mode générateur
pendant
les phases de freinage.
[0026] L'invention se rapporte également à une architecture
électromécanique comportant des composants de transmission d'énergie
.. électrique dans un aéronef, apte à mettre en oeuvre le procédé ci-dessus.
Un telle
architecture comporte un GAP, une unité de contrôle en liaison avec au moins
une
électronique de puissance, un boîtier de transmission de puissance par des
moyens d'engrenage entre d'une part les arbres d'au moins un groupe
transformateur, intégrant par groupe un seul DG convertible par l'unité de
contrôleT
et, d'autre part, un arbre d'entraînement du GAP transmetteur de puissance,
ainsi
que des liaisons de puissance électrique directes à un équipement final.
Chaque
groupe de transformation est relié directement, d'une part, au boîtier de
transmission de puissance et, d'autre part, à l'équipement final dédié.
[0027]Selon que l'équipement final dédié est un système de
conditionnement d'air, un circuit hydraulique ou un réseau électrique, le
groupe
de transformation comporte respectivement un compresseur, une pompe
hydraulique ou un alternateur comme exemple de transformateur d'énergie
associé.
[0028]Avantageusement, la transmission de puissance est réalisée dans
le boîtier de transmission par couplage de l'arbre d'entraînement du GAP sur
les
arbres de rotation des démarreurs/générateurs DG via des moyens de
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communication de puissance directionnel montés sur l'arbre d'entraînement du
GAP et sur les arbres de rotation des DG.
[0029] Selon certains modes de réalisation préférés :
- les moyens de communication de puissance directionnels sont choisis
parmi une roue libre, un manchon découpleur et un embrayage centrifuge ou
électromécanique ;
- l'unité de contrôle est apte à configurer, pendant la phase de démarrage
du GAP, le DG d'un groupe transformateur en mode moteur et entraîner l'arbre
du
GAP par couplage à cet arbre GAP via au moins un moyen de communication de
puissance directionnel;
- avantageusement, pendant la phase de démarrage du GAP,
l'entraînement de l'arbre du GAP est réalisé par un moyen de couplage mobile
entre le DG et l'arbre du GAP via au moins un moyen de communication
directionnel, ce moyen de couplage réalisant simultanément un désaccouplage
entre le DG et le transformateur d'énergie associé ;
- une turbine de récupération d'énergie, à partir d'échangeurs de chaleur
en sortie d'équipements pneumatiques et/ou des moteurs principaux, est couplé
à
au moins un groupe transformateur dans le boîtier de transmission pour
l'entraîner, en complément de l'entraînement opéré par l'arbre du GAP, via au
moins un moyen de communication de puissance directionnel allant de la turbine
de récupération au groupe transformateur ;
- l'un des groupes transformateurs, dédié au taxiage par un moyen de
couplage sur au moins un arbre d'entraînement des moteurs de train
d'atterrissage de l'aéronef, un autre groupe étant dédié à la fourniture
d'énergie
selon les besoins de l'aéronef, est configuré par l'unité de contrôle en mode
générateur en complément de l'entraînement opéré par l'arbre du GAP selon la
demande en traction desdits moteurs de train, et en mode moteur d'entraînement
du transformateur d'énergie de ce groupe lorsque les moteurs de train sont
convertis en mode générateur par l'unité de contrôle pendant les phases de
freinage ;
- un DG supplémentaire, dédié au taxiage, est entraîné par l'arbre du
GAP par couplage dans le boîtier de transmission et converti par l'unité de
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contrôle en mode générateur pour satisfaire la demande en traction de la
motorisation de train, et en mode moteur d'entraînement de l'arbre du GAP
lorsque l'unité de contrôle convertit les moteurs de train en mode générateur
pendant les phases de freinage ;
- des fusibles mécaniques sont insérés sur les arbres d'entraînement des
compresseurs et des DG de chaque moto-compresseur.
PRÉSENTATION DES FIGURES
[0030]D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente
invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en
référence aux figures annexées qui représentent, respectivement :
- la figure 1, un schéma de base d'architecture de distribution d'énergie
comportant deux moto-compresseurs en liaison avec un GAP (déjà commenté) ;
- la figure 2, un schéma d'exemple d'architecture selon
l'invention comportant des moyens de communication de puissance directionnels
sur les principaux arbres ;
- la figure 3, le schéma d'architecture selon la figure 2 appliqué au
démarrage du GAP et au taxiage,
- les figures 4 et 5, des schémas d'une variante de la figure 3 pour
réaliser, en deux phases, la fonction démarrage de l'architecture sans faire
intervenir de compresseur ;
- la figure 6, le schéma d'une variante de la figure 3 appliquée au taxiage
avec un troisième DG couplé directement au GAP; et
- la figure 7, un schéma d'architecture d'absorption d'énergie comportant
une turbine de récupération.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
[0031]En référence au schéma de la figure 2, l'architecture 10 illustrée
comporte un APU du type de la figure 1 avec, dans le présent exemple, une
turbine de puissance 4 de type turbine libre d'entraînement de l'arbre de
puissance 5a. Les éléments identiques à ceux de la figure 1 (réseaux R1, R2,
électroniques de puissance EP1, EP2, liaisons de puissance LP1, LP2, unité de
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contrôle Ul , capteur de vitesse Cv, liaisons aéronef LA) sont désignés par
les
mêmes références dans les figures 2 à 7 (sauf indication expresse).
[0032]La mutualisation des fonctions de l'architecture liée au GAP 10
selon l'invention est rationalisée par des liaisons bidirectionnelles Li et L2
entre
l'unité de contrôle U1 et chacune des électroniques de puissance EP1, EP2 qui
gère la transformation démarreur/générateur ou DG des alternateurs 13a, 13b,
lors de différentes phases : démarrage du GAP ou des moteurs principaux,
absorption d'énergie ou taxiage. Ainsi, les électroniques de puissance EP1,
EP2
transmettent à l'unité U1 des informations sur le niveau de puissance que les
alternateurs devront fournir afin d'anticiper les transitoires de fourniture
de
puissance du GAP ou pour une recherche d'optimisation de vitesse. Dans
l'autres
sens, les électroniques de puissance EP1, EP2 reçoivent de l'unité U1 le
signal
de confirmation de la puissance apte à être fournie par le GAP.
[0033]Le générateur de gaz est constitué du compresseur 1, de la
chambre de combustion 2 et d'une turbine HP (haute pression) 3. Cette dernière
fournit la puissance d'entrainement au compresseur 1 par l'intermédiaire de
l'arbre
d'entraînement 5. La vitesse de l'arbre d'entraînement 5 est mesurée par un
capteur Cv et l'information est transmise à l'unité de contrôle Ul.
[0034] Le générateur de gaz comprend aussi une turbine de puissance
.. libre 4. L'énergie résiduelle sortant de la turbine 3 est alors transférée
sur la
turbine de puissance 4, une turbine libre dans l'exemple, qui fournit de la
puissance mécanique sur l'arbre de puissance 5a. Cette puissance est
disponible
pour entrainer des équipements, via le boîtier de transmission 8, aptes à
transformer cette puissance en puissance pneumatique, électrique ou
hydraulique.
[0035] Dans l'exemple, le GAP 10 fournit ainsi de la puissance
pneumatique par entraînement de compresseurs de charge lia et 11 b et de la
puissance électrique par entrainement d'alternateurs 13a et 13b. D'autres
équipements représentés en pointillés peuvent être entraînés, notamment une
pompe hydraulique et/ou un alternateur et/ou un démarreur /générateur DG dédié
au taxiage (voir ci-dessous en référence à la figure 5).
[0036]Tous ces équipements sont entrainés par l'arbre de puissance 5a
via des pignons P1 à P7 assemblés dans le boîtier 8. Des pignons
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supplémentaires Ps, indiqués en traits pointillés, peuvent entraîner les
autres
équipements évoqués ci-dessus.
[0037] De manière plus précise, l'arbre 5a transmet la puissance au
pignon P1 au travers d'une roue libre RL1 . La flèche Fi indique le sens de
communication active de la puissance transmise par la roue libre RL1 . La
transmission de puissance passe ainsi de l'arbre 5a vers le pignon P 1, sans
pouvoir être transmise en sens inverse, c'est-à-dire du pignon Pi à l'arbre
5a. En
effet, l'engrènement E 1 de la roue libre RL1 n'étant actif, par construction,
que
dans un seul sens de rotation correspondant au sens de transmission de la
flèche
F 1, aucune prise n'est engrenée dans le sens inverse et donc aucune
transmission du pignon P 1 à l'arbre 5a n'est possible.
[0038] Les pignons P2 et P3, engrenés par le pignon P 1, entraînent
respectivement en parallèle des roues libres RL2 et RL3. Sur ces roues libres,
sont montés les arbres 14a et 14b des pignons P4 et P6 d'entraînement des
alternateurs 13a et 13b via des arbres fusibles AF1 et AF2. Les flèches F2 et
F3
indiquent le sens de communication de puissance active imposé par les roues
libres RL2 et RL3, c'est-à-dire respectivement du pignon P2 vers le pignon P4
et
du pignon P3 vers le pignon P6.
[0039] Par ailleurs, les compresseurs lia et 11b, qui permettent de
produire l'énergie pneumatique, sont entraînés respectivement par des arbres
15a
et 15b de pignons P5 et P7, via des arbres fusibles AF3 et AF4, les pignons P5
et
P7 étant respectivement engrenés par les pignons P4 et P6 des alternateurs 13a
et 13b. Chaque alternateur 13a, 13b entraîne respectivement un compresseur
lia, 11 b : chaque couple constitué d'un alternateur 13a, 13b et du
compresseur
correspondant 11a, 1 lb forment un moto-compresseur MC1 , MC2.
[0040] Dans cette architecture, la roue libre RL1 est une redondance de la
fonction de désaccouplement exercée par les roues libres RL2 et RL3. Elle peut
éventuellement être supprimée, en particulier en cas de redondance
supplémentaire des alternateurs et/ou des compresseurs. En variante de la roue
libre RL1 , un manchon découpleur peut être est introduit sur l'arbre 5a. Un
tel
manchon est décrit dans le document de brevet FR 2 887 945.
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[0041 ] L'architecture selon l'invention permet de mutualiser les
équipements et les fonctions de démarrage du GAP ainsi que de récupération ou
absorption d'énergie. A ce titre, la figure 3 reprend et complète
l'architecture de la
figure 2 pour illustrer la mise en uvre d'une solution de démarrage du GAP
par
l'un ou l'autre des alternateurs, par exemple l'alternateur 13b.
[0042]L'alternateur 13b transformé en démarreur, par appel de cette
fonction par l'électronique de puissance associée EP2, entraîne l'arbre 5 via
la
série de pignons P6, P7, P8 et P9 : le pignon P6 monté sur l'arbre 15b de
l'alternateur 13b engrène le pignon P7 qui entraine le compresseur 11 b et une
roue libre RL4. La flèche F4 indique le sens de la roue libre RL4, c'est-à-
dire une
communication de puissance est transmise vers le pignon P8. Ce dernier engrène
avec le pignon P9 axé sur l'arbre 5 du GAP 10.
[0043]Avantageusement, la puissance entre les pignons P7 et P8 est
transmise via un manchon découpleur MD1. Ce fusible peut être celui de la
technologie utilisée pour l'entrainement des démarreurs à air sur moteur. Ils
sont
capables de transmettre de forts couples au travers d'un fusible calibré en
conséquence dans le sens de la flèche F5 (du pignon P7 vers le pignon P8)
mais,
à l'inverse, il se comporte en faible fusible si la transmission de puissance
est
dans le sens opposé. Ce dispositif permet d'éviter d'entrainer le générateur
de gaz
en cas de panne de la roue libre RL4.
[0044]Pour des questions de redondance, il est directement réalisable de
transposer le même principe, de manière alternative ou cumulée, à l'autre
alternateur 13a converti en démarreur.
[0045]Alternativement, la figure 4 illustre une variante pour réaliser la
fonction démarrage sans entrainer le compresseur 1 1 b lors de la phase de
démarrage du GAP, et donc de réduire la puissance à fournir durant cette
phase.
Dans cette variante, un pignon mobile P10 d'arbre 12b porteur du manchon
découpleur MD1 est inséré entre les pignons P6 et P7. Le pignon P6 entraîne
par
une denture large le pignon P10, qui n'engrène pas le pignon P7 de denture
sensiblement moins large que celle du pignon P6. Au travers du manchon
découpleur MD1, la puissance est transmise au pignon P8 qui entraine le pignon
P9. Le pignon P8 est également mobile le long de son arbre confondu avec
l'arbre
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12b du pignon 10, de sorte que l'ensemble des deux pignons P8-P10 constitue un
train de pignons directionnel mobile en translation.
[0046]Le schéma de la figure 5 montre cette même solution après la
phase de démarrage, c'est-à-dire en configuration de fourniture de puissance
par
le GAP 10. Dans cette configuration, le train de pignons P10 et P8 relié par
le
manchon découpleur MD1 est translaté de sorte qu'il ne soit plus engrené avec
le
pignon P9 de l'arbre du 5 du GAP. Dans ces conditions, le GAP transmet de la
puissance via son arbre 5a dans la configuration de base illustré sur la
figure 2.
[0047]Cette solution peut comprendre avantageusement des synchros
(non représentées) de mesure d'angle pour un redémarrage du GAP en rotation
résiduelle, du fait par exemple, d'une autorotation par effet moulinet ou
en fin
de séquence de démarrage alors que la turbine libre 4 est accélérée à faible
vitesse.
[0048] Par ailleurs, la mutualisation fonctionnelle des équipements selon
l'invention ¨ en particulier par la gestion mutualisée des alternateurs 13a
et/ou 13b
et des compresseurs lia et/ou 11 b par les électroniques de puissance EP1/EP2
en liaison bidirectionnelle Li /L2 avec le FADEC U1 ¨ permet la mise en oeuvre
rationalisée de la récupération par absorption de puissance. Cette
récupération
provient par exemple des phases de freinage des roues d'atterrissage, lors des
.. phases de taxiage et/ou d'atterrissage, ou, autre exemple, d'une turbine de
récupération associée.
[0049]Par exemple pendant la phase de taxiage et/ou d'atterrissage, les
alternateurs 13a et 13b des figures 2 à 5, sont avantageusement convertis en
moteurs ¨ fonction démarreur au travers des électroniques de puissance EP1 et
EP2 ¨ pour absorber les puissances fournies par les moteurs des roues du train
principal transformés en générateurs.
[0050]En particulier, en se reportant à la figure 3, l'alternateur 13a qui
n'est pas dédié au démarrage du GAP (ainsi qu'à la fourniture de puissance
après
démarrage), peut être dédié à cette fonction d'absorption de puissance.
[0051 ]Ainsi, pendant la phase de taxiage, toute la puissance électrique
pour les besoins aéronefs est fournie par l'autre alternateur convertible 13b,
c'est-
à-dire fonctionnant en modes DG, démarreur ou générateur. L'électronique de
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WO 2012/160294 14 PCT/FR2012/051085
puissance concernée EP2 gère alors les besoins via les deux réseaux aéronef R1
et R2 couplés pendant cette phase.
[0052]En mode normal de demande de traction des moteurs du train
d'atterrissage, l'énergie nécessaire au déplacement de l'aéronef est fournie
par le
générateur 13a. En mode freinage, les moteurs électriques du train sont
transformés en alternateurs et fournissent de la puissance électrique à
l'alternateur 13a en tant que moteur (fonction démarreur) transmise au travers
de
pignons supplémentaires Ps. Cette puissance est transmise au travers des
pignons P4 et P5 au compresseur 11a pour récupérer l'énergie sous forme
pneumatique. Le complément d'énergie qui peut être nécessaire pour entraîner
le
compresseur lla est fourni par la turbine de puissance 4 du GAP 10.
[0053]La mutualisation des électroniques de puissance EP1 et EP2
dédiées à chacun des alternateurs 13a et 13b convertissables en DG, permettent
également de gérer les pannes du GAP par l'utilisation de ces alternateurs en
tant
que moteurs (fonction démarreur).
[0054]Ainsi, en cas de panne du GAP 10, l'arbre 5a n'est plus entrainé et
donc n'entraine plus le pignon P1. L'alternateur 13a transformé en moteur
fournit
la puissance mécanique nécessaire à l'entrainement du compresseur de charge
11a et des autres équipements le cas échéant. De manière similaire,
l'alternateur
13b peut se transforme en moteur pour fournir la puissance mécanique
nécessaire
à l'entrainement du compresseur de charge llb et autres équipements.
[0055]Dans ces conditions, les deux ensembles d'alternateurs et
compresseurs, 13a/11a et 13b/11b, qui forment deux ensembles indépendants
équivalents à deux moto-compresseurs, MC1 et MC2, peuvent servir en cas de
panne du GAP. Ceci évite le rajout de deux autres systèmes en secours. La
fiabilité du système d'accouplement par pignon est suffisante pour satisfaire
les
exigences de sécurité.
[0056]Par extension et de la même manière, si le GAP est défaillant en
vol ¨ ou pour assurer la continuité de fourniture d'air comprimé pendant la
phase
de démarrage du GAP ¨ il est avantageux de se servir des systèmes moto-
compresseurs MC1 ou MC2 sans démarrer le GAP 10. En référence à la figure 3,
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le système moto-compresseur MC1 est opérant, et le deuxième moto-
compresseur MC2 assure le lancement du GAP pour son démarrage.
[0057111 est ainsi possible d'absorber de la puissance électrique pendant
certaines phases de vol. Même si le GAP 10 est opérationnel, une puissance
additionnelle à celle fournie par la turbine de puissance 4 est
avantageusement
fournie par l'intermédiaire des alternateurs 13 et/ou 13b transformés en mode
moteur (fonction démarreur). La régulation du GAP permet de gérer ce type de
délestage de puissance à fournir par la turbine 4.
[0058]Le schéma de la figure 6 illustre, en variante d'architecture
d'absorption de puissance pendant les opérations de taxiage et/ou
d'atterrissage,
l'installation d'un alternateur convertible ou DG supplémentaire 13c dédié à
cette
fonction. La réduction par un train de pignons sur l'arbre de transmission 14c
du
DG 13c, entre le DG 13c et l'arbre 5a du GAP 10, ne figure pas sur le schéma
pour ne pas surcharger la figure. Le fusible mécanique AF5 protège les arbres
contre la présence de surcouples éventuels.
[0059]En mode normal de demande de traction de la motorisation du
train, l'énergie nécessaire au déplacement de l'aéronef est fournie par le DG
13c
en mode générateur (alternateur) entrainé par le GAP 10. Cette énergie est
ensuite transmise aux moteurs électriques des roues du train.
[0060]En mode freinage, les moteurs électriques des roues sont
transformés en alternateurs. Ils fournissent alors de l'énergie électrique
(transmise
au travers de dispositifs de puissance électrique connus) au DG 13c converti
en
mode moteur. Cette énergie est transmise au travers du fusible AF5 à l'arbre
5a.
Le besoin en fourniture d'énergie de la turbine de puissance 4 en est d'autant
diminué.
[0061]Un autre exemple d'absorption de puissance est illustré par le
schéma de la figure 7. Dans cet exemple, la configuration montre un GAP 10 en
liaison avec une turbine de récupération 16a. La puissance récupérée est
transmise sur un arbre de puissance 17 au travers d'un manchon découpleur MD2
dans le sens de la flèche F6, c'est-à-dire de la turbine 16a vers un pignon
d'engrenage P12 du boîtier de transmission 8.
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[0062]Ce manchon découpleur MD2 permet d'éviter d'entrainer la turbine
16a en cas de non production de puissance lors de différentes phases
d'utilisation
de l'aéronef (par exemple en porte ouverte). De plus, une roue libre RL5
transmet
la puissance de l'arbre de turbine 17 vers le pignon P12 qui engrène sur les
pignons P5 et P4 du moto-compresseur MC1. Le manchon découpleur MD2
permet alors d'éviter l'entraînement de la turbine 16a en cas de panne de la
roue
libre de transmission RL5. De plus, en cas de panne du GAP 10, la roue libre
RL2
permet de ne pas entraîner la turbine de puissance 4 par le groupe moto-
compresseur MC1 ou MC2.
[0063]Si pour des raisons de sécurité, une deuxième turbine de
récupération 16b est demandée, les deux turbines de récupération 16a et 16b
sont symétriquement accouplées aux deux systèmes moto-compresseurs
MC1/MC2 dans le boîtier 8: arbres 17/18, fusibles MD2/MD3, roues libres
RL5/RL6, pignons P12-P5-P4/P13-P7-P6.
[0064] L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés.
Ainsi, l'agencement de la boite 8 est adaptable par le nombre de pignons et
les
rapports de réduction.
[0065]La boîte de transmission peut être décomposée en plusieurs
parties : une boîte principale avec une série de prises de mouvement par
groupe
moto-compresseur, et une boîte par groupe moto-compresseur, avec ou sans
turbine de récupération. Les alternateurs convertibles et les compresseurs des
moto-compresseurs peuvent être sur la même ligne d'arbre, ou bien, le
compresseur et la turbine de récupération étant sur deux lignes, l'alternateur
est
intégré à la boîte de transmission sous forme de cartouche amovible.
[0066]La position des roues libres et des fusibles peut également être
adaptée. Des embrayages appropriés, par exemple des embrayages centrifuges
ou électromécaniques, peuvent remplacés les manchons ou les roues libres.
Lorsque la turbine de puissance est une turbine liée, les deux arbres
traversant
de puissance 5a et d'entraînement 5 sont par nature liés
[0067] L'architecture peut ne comporter qu'un seul alternateur convertible
et qu'un seul compresseur de charge, c'est-à-dire un seul moto-compresseur.
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[0068]Le système de fourniture d'air comprimé sur aéronef peut être
assuré par d'autres moyens que ceux décrits. La redondance de ce système
principal peut être assurée par un système supplémentaire moto-compresseur,
afin de tenir les objectifs de sécurité.
