FR3048675A1 - Alimentation en air d'un circuit de conditionnement d'air d'une cabine d'un aeronef - Google Patents

Abstract

Turbopropulseur (110) d'aéronef, comportant au moins un corps basse pression (12) et un corps haute pression (14), le corps basse pression entraînant une hélice de propulsion par l'intermédiaire d'une boîte d'engrenages (16), le turbopropulseur comportant en outre des moyens d'alimentation en air d'un circuit (36) de conditionnement d'air d'une cabine de l'aéronef, lesdits moyens d'alimentation comportant un compresseur de charge (60) dont un rotor (61) est accouplé audit corps basse pression par l'intermédiaire de ladite boîte d'engrenages, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation comprennent en outre des moyens de régulation de la vitesse de rotation du rotor (61) dudit compresseur (60), qui comprennent un moteur électrique (70), et un différentiel mécanique (72) d'accouplement d'un premier arbre de sortie (74) dudit moteur électrique, avec un second arbre de sortie (76) de ladite boîte d'engrenages, et avec ledit rotor (61) du compresseur, de façon à ce que la vitesse de rotation (V3) dudit rotor soit fonction des vitesses de rotation (V1, V2) respectives desdits premier et second arbres de sortie.

Description

Alimentation en air d’un circuit de conditionnement d’air d’une cabine d’un aéronef

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne l’alimentation en air d’un circuit de conditionnement d’air d’une cabine d’un aéronef qui est équipé d’au moins un turbopropulseur.

ETAT DE L’ART A bord d'un aéronef, il est nécessaire d'avoir à disposition de l'air afin de pouvoir réaliser certaines fonctions, telles que le conditionnement d'air de la cabine de pilotage et de la cabine des passagers ou le dégivrage de certains organes de l'aéronef. A hautes altitudes, l’oxygène se raréfie et la pression de l’air baisse. Ceci implique, pour assurer le confort et la survie des passagers lors d’un vol, de pressuriser les cabines de l’aéronef. Pour cela, de l’air avec un niveau minimum de pression (en général entre 0,8 et 1 bar) et une température maîtrisée (exigence réglementaire) doit être fourni au circuit de conditionnement d’air. Un aéronef est ainsi équipé d’un circuit de conditionnement d’air qui est alimenté par le ou les moteurs de l'aéronef, qui sont des turbopropulseurs dans le cadre de l’invention.

Typiquement, un turbopropulseur comprend au moins un corps basse pression et un corps haute pression, le corps basse pression entraînant une hélice de propulsion par l’intermédiaire d’une boîte d’engrenages ou boîte de réduction, appelée couramment PGB (pour Power Gear Box). Le corps basse pression comprend un rotor de turbine relié par un arbre à l’hélice et éventuellement à un compresseur. Chaque autre corps comprend un rotor de compresseur relié par un arbre à un rotor de turbine.

Dans la technique actuelle, le circuit de conditionnement d’air est alimenté par de l’air prélevé sur un des compresseurs du turbopropulseur. Ceci présente toutefois des inconvénients parmi lesquels les plus importants sont : - la pression de l’air fourni à l’aéronef dépasse largement le besoin, notamment lors de la phase de montée de l’aéronef, ce qui nécessite des dispositifs de protection en cas de surpression et un dimensionnement des canalisations d’air en conséquence, - la température de l’air prélevé, au niveau du compresseur, dépasse largement la contrainte réglementaire (température maximale au passage dans les zones carburant), ce qui nécessite un dispositif de refroidissement difficile à intégrer dans la nacelle (généralement appelé pré-refroidisseur -de l’anglais precooler) avant envoi de l’air dans le circuit de l’aéronef, - une énergie importante est perdue ce qui pénalise la consommation et le rendement du turbopropulseur, - la pression dans le compresseur baisse au ralenti ce qui nécessite soit de relever le niveau de ralenti du turbopropulseur pour avoir suffisamment de pression dans le circuit, soit de prélever l’air à deux endroits sur le compresseur, ce qui nécessite deux ports de prélèvement et autant de vannes pour basculer le prélèvement d’air d’un port à l’autre, ce qui est relativement complexe. Dans les deux cas cela entraîne une surconsommation de carburant au ralenti, - lorsque le débit d’air prélevé est trop important, ce qui arrive pour certains régimes de fonctionnement du turbopropulseur, de l’air prélevé est déchargé c'est-à-dire qu’il est évacué et rejeté en général dans la nacelle du turbopropulseur, pour diminuer le débit d’air prélevé, ce qui est particulièrement bruyant.

On a déjà proposé des solutions à ce problème. On a notamment proposé d’alimenter un circuit de conditionnement avec de l’air prélevé sur un moteur thermique auxiliaire du type APU (acronyme de Auxiliary Power Unit) monté dans l’aéronef. Cependant, le fonctionnement de ce moteur est optimisé au sol et n’est donc pas performant en altitude. Son utilisation, hors cas de panne moteur, implique une consommation supplémentaire de carburant par rapport à la technique précédente. Par ailleurs, tous les aéronefs ne sont pas équipés d’un moteur du type APU.

On a également proposé d’équiper l’aéronef d’un compresseur dédié (à l’alimentation en air de la cabine) entraîné par le boîtier d’entraînement des équipements accessoires du moteur, appelé généralement boîtier d’engrenages d’accessoires ou AGB (acronyme de Accessory Gear Box). Ce boîtier d’accessoires est accouplé au corps haute pression de la turbomachine. L’air est fourni par un compresseur dédié à l’alimentation en air de la cabine, et non plus prélevé sur un compresseur du turbopropulseur, ce qui pénalise moins les performances. Cependant, cette solution n’est pas satisfaisante car la vitesse de rotation du corps haute pression varie trop en fonction des conditions de fonctionnement si bien que la vitesse de rotation du rotor du compresseur dédié serait trop faible au ralenti pour que ce compresseur soit capable de fournir un débit d’air à la pression minimum requise au circuit de conditionnement.

Une autre solution consiste à entraîner le compresseur dédié par un moteur électrique. Cependant, cette solution n’est pas non plus satisfaisante car elle implique une perte de rendement du fait de la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique par le générateur électrique destiné à être entraîné par la RGB ou l’AGB et à alimenter le moteur électrique, et à la conversion d’énergie électrique en énergie mécanique par le compresseur dédié.

Dans le document FR-A1-3 017 159, la Demanderesse a proposé une autre solution consistant à accoupler le compresseur dédié au corps basse pression par l’intermédiaire de la boîte d’engrenages de puissance (RGB). Le compresseur est accouplé à la boîte d’engrenages avec un rapport de réduction fixe. Ceci est particulièrement avantageux en termes de consommation spécifique. Rar ailleurs, lorsque le turbopropulseur est configuré pour que la vitesse de rotation de son corps basse pression obéisse à une loi de régimes discrets, c'est-à-dire que chaque régime est constant par palier. Le régime de l’hélice peut être compris dans une plage assez restreinte car elle peut ne plus être fonctionnelle si elle ralentit trop. La vitesse de rotation du corps basse pression est notamment constante au cours d’une même phase de vol. On entend par phase de vol une phase durant laquelle l’aéronef opère un seul type de manoeuvre. Ainsi, la vitesse de rotation du rotor du compresseur dédié ne dépendra pas des conditions de fonctionnement, et le compresseur dédié pourra fournir un débit d’air à la pression minimum requise au circuit de conditionnement, même au ralenti. Par ailleurs, il n’est plus nécessaire de prévoir au moins deux ports de prélèvement d’air sur le compresseur, ainsi que les vannes associées, ce qui est plus simple.

La présente invention propose un perfectionnement à cette dernière technologie, qui est simple, efficace et économique.

EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose un turbopropulseur d’aéronef, comportant au moins un corps basse pression et un corps haute pression, le corps basse pression entraînant une hélice de propulsion par l’intermédiaire d’une boîte d’engrenages, le turbopropulseur comportant en outre des moyens d’alimentation en air d’un circuit de conditionnement d’air d’une cabine de l’aéronef, lesdits moyens d’alimentation comportant un compresseur de charge dont un rotor est accouplé audit corps basse pression par l’intermédiaire de ladite boîte d’engrenages, caractérisé en ce que lesdits moyens d’alimentation comprennent en outre des moyens de régulation de la vitesse de rotation du rotor dudit compresseur, qui comprennent : - un moteur électrique, et - un différentiel mécanique d’accouplement d’un premier arbre de sortie dudit moteur électrique, avec un second arbre de sortie de ladite boîte d’engrenages, et avec ledit rotor du compresseur, de façon à ce que la vitesse de rotation dudit rotor soit fonction des vitesses de rotation respectives desdits premier et second arbres de sortie. L’invention propose ainsi une solution hybride d’entraînement du rotor du compresseur de charge, à savoir par la boîte d’engrenages et par le moteur électrique.

Un premier avantage de l’invention est que le circuit de conditionnement d’air peut être alimenté en air lorsque le corps basse pression ne tourne pas ou peu, par exemple à l’arrêt. Il suffit alors de commander le moteur électrique de façon à ce que la vitesse de rotation de son arbre de sortie impose une vitesse de rotation au rotor du compresseur de charge, en fonction du débit d’air souhaité d’alimentation du circuit.

Un autre avantage de l’invention est la possibilité de réguler ce débit d’air. Le besoin en débit d’air n’est en effet pas linéaire avec l’évolution du régime moteur. Le compresseur de charge est en général dimensionné pour un point de fonctionnement particulier, ce qui revient à le surdimensionner pour la plupart des autres points de fonctionnement. Il en résulte un prélèvement mécanique par le compresseur de charge, qui est supérieure au besoin réel et qui entraîne une consommation en carburant importante et non maîtrisée. L’invention permet en outre de ne pas surdimensionner le compresseur de façon à limiter le débit d’air prélevé au seul besoin et de ne pas avoir à décharger de l’air prélevé en cas de débit d’air trop important. Cela est particulièrement avantageux car cela permet de supprimer les vannes de décharge de la technique antérieure, qui sont lourdes et encombrantes, et d’éviter ainsi le rejet d’air chaud déchargé dans la nacelle du turbopropulseur.

Ces avantages sont rendus possibles par le fait que la vitesse de rotation du rotor du compresseur de charge est régulée par le moteur. Le rotor du compresseur est entraîné par le différentiel mécanique ayant deux entrées reliées respectivement aux premier et second arbres (du moteur électrique et de la boîte d’engrenages) et une sortie reliée au rotor du compresseur.

Le turbopropulseur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - ledit différentiel mécanique est intégré dans ladite boîte d’engrenages ; - ledit moteur électrique est intégré dans ladite boîte d’engrenages ou monté sur ladite boîte d’engrenages ; - lesdits moyens de régulation comprennent des moyens de mesure de la vitesse de rotation dudit second arbre de sortie, et des moyens de commande de la vitesse de rotation dudit premier arbre en fonction d’un débit d’air souhaité d’alimentation dudit circuit ; - lesdits moyens de régulation comprennent des moyens de mesure de la vitesse de rotation dudit premier arbre de sortie ; - ledit différentiel comprend un planétaire central relié audit second arbre de sortie ou formé par ledit second arbre de sortie, une couronne extérieure s’étendant autour du planétaire central et relié audit premier arbre de sortie ou formé par ledit premier arbre de sortie, et des satellites qui sont engrenés respectivement avec ledit planétaire central et ladite couronne extérieure, et qui sont portés par un porte-satellites relié audit rotor ou formant ledit rotor ; - les moyens de régulation comprennent un autre moteur électrique formant une redondance.

La présente invention concerne encore un procédé d’alimentation en air d’un circuit de conditionnement d’air d’une cabine d’un aéronef qui est équipé d’au moins un turbopropulseur tel que décrit ci-dessus, comprenant une première étape consistant à : - faire tourner ledit premier arbre dans un sens opposé à celui dudit second arbre, de façon à ce que la vitesse de rotation dudit rotor (61) soit inférieure à celle dudit second arbre, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’au décollage de l’aéronef.

Le procédé peut comprendre une étape consistant à : - faire tourner ledit premier arbre dans un sens, alors que la vitesse de rotation dudit second arbre est sensiblement nulle, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’à l’arrêt ou en mode hôtel de l’aéronef.

Le procédé peut comprendre une étape consistant à : - ne pas faire tourner ledit premier arbre, la vitesse de rotation dudit second arbre imposant une vitesse de rotation audit rotor, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’au ralenti.

DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique d’un turbopropulseur d’aéronef et représente des moyens d’alimentation en air d’un circuit de conditionnement d’air d’une cabine de l’aéronef, - la figure 2 est une vue très schématique d’une boîte d’engrenages pour l’entraînement du compresseur dédié des moyens d’alimentation en air, - la figure 3 est une vue très schématique d’un turbopropulseur d’aéronef et représente des moyens d’alimentation en air d’un circuit de conditionnement d’air d’une cabine de l’aéronef, selon l’invention, - la figure 4 est un schéma bloc montrant l’architecture générale des moyens d’alimentation en air, et - la figure 5 est une vue très schématique montrant des moyens d’accouplement à différentiel mécanique des moyens d’alimentation en air.

DESCRIPTION DETAILLEE

La figure 1 représente un turbopropulseur 10 d’aéronef, qui est ici du type double corps et comprend un corps basse pression 12 et un corps haute pression 14. Le corps basse pression 12 entraîne une hélice de propulsion par l’intermédiaire d’une boîte d’engrenages 16 ou boîte de réduction, appelée couramment PGB (pour Power Gear Box). Seul l’arbre 18 de l’hélice de propulsion est représenté en figure 1.

Le corps basse pression 12 comprend ici seulement un rotor de turbine relié par un arbre à la boîte d’engrenages 16. Le corps haute pression 14 comprend un rotor de compresseur relié par un arbre à un rotor de turbine. L’arbre du corps haute pression 14, appelé arbre HP, est tubulaire et traversé coaxialement par l’arbre du corps basse pression 12, appelé arbre BP ou de puissance. L’arbre BP comprend à une extrémité un pignon (non représenté) accouplé par l’intermédiaire d’une série de pignons de la boîte d’engrenages 16 à l’arbre 18 de l’hélice de propulsion.

Le turbopropulseur 10 comprend un boîtier 24 d’entraînement d’équipements accessoires (appelé boîtier d’accessoires ou AGB pour Accessory Gear Box) qui est accouplé au corps haute pression de la turbomachine 14, et en particulier à l’arbre HP, par l’intermédiaire d’un arbre radial 26. Le boîtier d’accessoires 24 est monté dans la nacelle 28 du turbopropulseur 10, qui est schématiquement représentée par un rectangle.

Le boîtier d’accessoires 24 porte et entraîne plusieurs équipements parmi lesquels un démarreur pneumatique 30 qui, comme son nom l’indique, est destiné à démarrer le turbopropulseur 10 en entraînant en rotation son corps haute pression, par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires 24 et de l’arbre radial 26.

Le turbopropulseur 10 comprend en outre une entrée d’air 32 pour l’alimentation en air du moteur, et une tuyère 34 d’échappement des gaz de combustion. Le turbopropulseur 10 comprend en outre une chambre de combustion, entre les compresseurs BP et HP, d’une part, et les turbines HP et BP, d’autre part.

Le turbopropulseur 10 est en outre équipé de moyens d’alimentation en air d’un circuit 36 de conditionnement d’air d’une cabine de l’aéronef.

Dans la technique antérieure, ces moyens d’alimentation en air comprennent des moyens de prélèvement d’air dans le moteur du turbopropulseur 10.

La Demanderesse a déjà proposé d’équiper le turbopropulseur d’un compresseur dédié, appelé compresseur de charge 60, dont le rotor 61 est accouplé au corps basse pression et en particulier à l’arbre BP 22 du moteur par l’intermédiaire de la boîte d’engrenages 16.

Comme cela est schématiquement représenté à la figure 2, l’arbre de rotor 61 du compresseur 60 peut porter un pignon 61a engrené avec un pignon 18a de l’arbre 18 de l’hélice du turbopropulseur 10, cet arbre 18 portant un autre pignon 18b engrené avec un pignon 22a de l’arbre BP 22. Les pignons 18a, 18b, 22a, 61a sont logés dans la boîte d’engrenages 16.

Le compresseur 60 comprend une entrée 62 et une sortie d’air 64. Dans l’exemple représenté, l’entrée d’air 62 est reliée par une conduite 66 à la manche d’entrée d’air 32 du turbopropulseur 10, c'est-à-dire à la section du turbopropulseur 110 s’étendant entre l’entrée d’air 32 et l’entrée de la turbomachine 14. De l’air relativement frais est ainsi prélevé par la conduite 66 pour alimenter le compresseur 60. Il est avantageux de prélever de l’air frais pour ne pas avoir à le refroidir avant de l’envoyer à l’aéronef. Au contraire, de l’air prélevé du compresseur du corps haute ou basse pression, qui a subi plusieurs compressions successives et qui est donc échauffé, serait plus chaud.

La sortie d’air 64 du compresseur 60 est raccordée à la canalisation 44 d’alimentation en air du circuit 36. Cette canalisation 44 comprend une vanne 46 qui régule la pression d’alimentation du circuit 36, et un échangeur de chaleur 47 du type pré-refroidisseur, qui est destiné à abaisser la température de l’air avant son introduction dans le circuit 36. La canalisation 44 est en outre reliée par une conduite 48 équipée d’une vanne 50 à une entrée d’air du démarreur pneumatique 30.

Le compresseur 60 peut être de n’importe quel type et est par exemple un compresseur axial à un ou plusieurs étages ou un compresseur centrifuge à un ou plusieurs étages ou encore un compresseur mixte comportant un ou plusieurs étages axiaux et un ou plusieurs étages centrifuges ou un compresseur spire-axial. Il est en outre envisageable d’utiliser plus d’un compresseur de charge et par exemple deux compresseurs de charge montés en série.

Après démarrage du turbopropulseur 10, le corps basse pression 12 et son arbre 22 tournent en général à une vitesse sensiblement constante.

Le rotor du compresseur 60 est entraîné en rotation à une vitesse sensiblement constante, qui dépend notamment du coefficient de réduction de la boîte d’engrenages 16, 80. La rotation de l’arbre de rotor 61 du compresseur 60 provoque l’aspiration et le prélèvement d’air par la conduite 66 jusqu’à l’entrée d’air 62 du compresseur 60. Cet air est alors comprimé par le compresseur 60 qui fournit à la canalisation 44 de l’air comprimé à une pression prédéterminée. La vanne 46 régule la pression d’alimentation du circuit 36. L’échangeur de chaleur 47 permet d’abaisser la température de l’air avant son introduction dans le circuit 36, avant son entrée dans le compresseur ou entre deux phases de compression. Quelles que soient les conditions de fonctionnement du turbopropulseur 10, l’arbre de rotor 61 du compresseur 60 tourne à vitesse constante dans le cas où la vitesse de rotation du corps basse pression 12 est également constante.

Le turbopropulseur 110 de la figure 3 illustre l’invention. Ce turbopropulseur 110 diffère de celui décrit dans ce qui précède en ce qu’il comprend en outre des moyens de régulation de la vitesse de rotation de l’arbre de rotor 61 du compresseur 60.

Les moyens de régulation comprennent un moteur électrique 70 et un différentiel mécanique 72. Le différentiel mécanique 72 assure l’accouplement d’un arbre de sortie 74 du moteur électrique 70, avec un arbre de sortie 76 de la boîte d’engrenages 16, et avec l’arbre de rotor 61 du compresseur 60, de façon à ce que la vitesse de rotation de l’arbre de rotor 61 soit fonction des vitesses de rotation respectives des arbres de sortie 74, 76.

La figure 4 est un schéma bloc illustrant le principe de fonctionnement des moyens de régulation selon l’invention et la figure 5 illustre un mode de réalisation du différentiel mécanique 72.

Dans l’exemple de réalisation de la figure 5, le différentiel 72 comprend un arbre planétaire 78 présentant une denture externe, une couronne externe 80 s’étendant autour de l’arbre planétaire 78 et présentant une denture interne 82, et des satellites 84 qui sont disposés entre l’arbre planétaire 78 et la couronne 80 et qui sont engrenés avec les dentures de l’arbre planétaire et de la couronne. L’arbre planétaire et la couronne sont mobiles en rotation autour d’un même axe A. Les satellites sont montés mobiles en rotation autour d’axes B parallèles à l’axe A et sont portés par un porte-satellites 86 qui est lui-même monté mobile en rotation autour de l’axe A. L’arbre planétaire 78 est ici relié à l’arbre de sortie 76 de la boîte d’engrenages 16, ou est formé d’une seule pièce avec cet arbre. La couronne 80 est reliée à l’arbre 74, ou est formé d’une seule pièce avec cet arbre. Le porte-satellites 86 est relié à l’arbre 61 du compresseur 60.

Le différentiel mécanique 72 peut être monté sur la boîte d’engrenages 16. En variante, et comme représenté schématiquement en traits pointillés en figure 5, le différentiel 72 peut être intégré dans la boîte d’engrenages 16’. De la même façon, le moteur électrique 70 peut être est intégré dans la boîte d’engrenages 16 ou monté sur celle-ci.

Les moyens de régulation comprennent en outre des moyens de mesure de la vitesse VI de rotation de l’arbre de sortie 76, et des moyens 88 de commande de la vitesse V2 de rotation de l’arbre 74 du moteur électrique 70 en fonction d’un débit d’air Q1 souhaité d’alimentation dudit circuit. De préférence, les moyens de régulation comprennent en outre des moyens de mesure des vitesses V2 et V3 de rotation des arbres 74, 61, respectivement. Ces moyens de mesure peuvent être des capteurs ou sondes, par exemple à effet hall. Les moyens de mesure de la vitesse de l’arbre du moteur électrique peuvent être des moyens de calcul de cette vitesse par la fréquence du moteur.

La vitesse V3 de rotation de l’arbre 61 du compresseur est fonction des vitesses VI et V2. Les moyens de commande 88 sont configurés de sorte à imposer un sens de rotation à l’arbre 74 du moteur électrique 70 et une vitesse de rotation V2 à cet arbre, qui sont déterminés pour que le compresseur fournisse le débit d’air Q1. Les moyens de régulation comprennent de préférence un débitmètre 90 pour la mesure du débit d’air Q2 réellement injecté dans le circuit de conditionnement d’air. Les moyens de commande 88 sont configurés pour réguler le sens de rotation et la vitesse V2 de l’arbre 74 de façon à ce que Q2 = Q1.

En variante, on pourrait avoir une régulation faite uniquement avec la vitesse du compresseur déterminée en fonction de la loi de fonctionnement du compresseur sans passer par une mesure des débits.

Comme exposé dans ce qui précède en relation avec la technique antérieure, la vitesse V1 de rotation de l’arbre 76 est proportionnelle à la vitesse de rotation du corps BP et dépend du régime de la turbomachine. L’invention permet de ne pas faire dépendre la vitesse V3 de l’arbre 61 du compresseur 60 uniquement de la vitesse du corps BP. Au contraire, quelle que soit la vitesse du corps BP et de l’arbre 76 de la boîte d’engrenages 16, le moteur électrique 70 est commandé pour que le débit d’air Q2 délivré soit égal au débit d’air Q1 souhaité.

En fonctionnement, le moteur électrique peut générer de la chaleur en fonctionnement. Cette chaleur peut être utilisée pour réchauffer l’air prélevé avant son injection dans le circuit de conditionnement. Dans un cas particulier de réalisation de l’invention, le moteur fonctionne à une température de 200°C et l’air prélevé circule autour du moteur à l’intérieur d’un serpentin qui entoure le moteur, de façon à réchauffer l’air prélevé de 30-40°C. L’invention concerne également un procédé d’alimentation en air du circuit de conditionnement d’air, qui comprend une ou plusieurs des étapes suivantes : - faire tourner le premier arbre 74 dans un sens opposé à celui du second arbre 76, de façon à ce que la vitesse de rotation V3 du rotor 61 soit inférieure à celle du second arbre VI, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’au décollage de l’aéronef (voir régimes 1 et 2 dans le tableau ci-dessous) ; - faire tourner le premier arbre 74 dans un sens, alors que la vitesse de rotation V1 du second arbre est sensiblement nulle, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’à l’arrêt ou en mode hôtel de l’aéronef (régime 4) ; - ne pas faire tourner le premier arbre 74, la vitesse de rotation V1 du second arbre 76 imposant une vitesse de rotation au rotor 61, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’au ralenti (régime 3).

Le tableau ci-dessous permet d’apprécier les avantages de l’invention par rapport à la technique antérieure. Les deux premières colonnes du tableau concernent les phases considérées de fonctionnement d’un aéronef, et la durée de chacune de ces phases. La troisième colonne concerne la technique antérieure et les trois colonnes suivantes concernent l’invention.

* : cette puissance est à fournir pendant un temps assez court (moins de 3 minutes), ** : uniquement dans ce cas, il faut fournir une puissance électrique en régime continu, mais ça reste une puissance relativement faible, à comparer au 50kW nécessaire. *** : cette puissance est à fournir quand l’aéronef est arrêté et éventuellement branché à une source d’électricité externe ; c’est un nouveau mode de fonctionnement qui n’était pas possible avec l’art antérieur.

Dans un cas particulier, sans moteur électrique, au décollage (T/0 pour take-off), le compresseur de charge tourne à 80 000 tours/min. Avec le moteur électrique, 35000 tours/min suffisent pour le compresseur ainsi que pour le moteur. Pour les modes « Max Climb >> (MCL) et « Max Continuous >> (MCT), il y a une possibilité de moduler comme on le souhaite. Il peut y avoir des prélèvements mécanique et électrique en faisant tourner le moteur électrique en continu, par rapport au juste besoin, pour se mettre au meilleur rendement énergétique (prélèvement électrique sur le corps HP et mécanique sur le corps BP par exemple). Fl et Gl correspondent respectivement aux modes ralenti vol (« Flight Idle >>) et ralenti sol (« Ground Idle >>).

La conclusion du tableau ci-dessous est que l’on voit que la fourniture d’électricité pour cette invention est limitée et ne nécessite pas un surdimensionnement excessif des capacités de génération électrique de l’aéronef ou du moteur. Le pic de besoin pour le décollage peut être fourni par des batteries. Si on utilise un compresseur entrainé par uniquement un moteur électrique, il faut générer 50kW en continu ce qui nécessite cette fois d’augmenter les capacités de génération électrique de l’aéronef ou des moteurs. L’invention permet d’envisager un décalage du point de dimensionnement du compresseur de charge de façon à minimiser les prélèvements en vol. Le compresseur de charge est alors plus petit, c'est-à-dire moins encombrant et moins lourd.

Par ailleurs, en cas de défaillance du moteur électrique, le compresseur de charge reste entrainé mécaniquement par la boîte d’engrenages.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Turbopropulseur (110) d’aéronef, comportant au moins un corps basse pression (12) et un corps haute pression (14), le corps basse pression entraînant une hélice de propulsion par l’intermédiaire d’une boîte d’engrenages (16), le turbopropulseur comportant en outre des moyens d’alimentation en air d’un circuit (36) de conditionnement d’air d’une cabine de l’aéronef, lesdits moyens d’alimentation comportant un compresseur de charge (60) dont un rotor (61) est accouplé audit corps basse pression par l’intermédiaire de ladite boîte d’engrenages, caractérisé en ce que lesdits moyens d’alimentation comprennent en outre des moyens de régulation de la vitesse de rotation du rotor (61) dudit compresseur (60), qui comprennent : - un moteur électrique (70), et - un différentiel mécanique (72) d’accouplement d’un premier arbre de sortie (74) dudit moteur électrique, avec un second arbre de sortie (76) de ladite boîte d’engrenages, et avec ledit rotor (61) du compresseur, de façon à ce que la vitesse de rotation (V3) dudit rotor soit fonction des vitesses de rotation (VI, V2) respectives desdits premier et second arbres de sortie.
2. 2. Turbopropulseur (10) selon la revendication précédente, dans lequel ledit différentiel mécanique (72) est intégré dans ladite boîte d’engrenages (16).
3. 3. Turbopropulseur (10) selon la revendication précédente, dans lequel ledit moteur électrique (70) est intégré dans ladite boïe d’engrenages ou monté sur ladite boîte d’engrenages (16).
4. 4. Turbopropulseur (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de régulation comprennent des moyens de mesure de la vitesse de rotation (VI) dudit second arbre de sortie (76), et des moyens de commande de la vitesse de rotation (V2) dudit premier arbre (74) en fonction d’un débit d’air (Q1) souhaité d’alimentation dudit circuit (36).
5. 5. Turbopropulseur (10) selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens de régulation comprennent des moyens de mesure de la vitesse de rotation (V2) dudit premier arbre de sortie (74).
6. 6. Turbopropulseur (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit différentiel (72) comprend un planétaire central (78) relié audit second arbre de sortie (76) ou formé par ledit second arbre de sortie, une couronne extérieure (80) s’étendant autour du planétaire central et relié audit premier arbre de sortie (74) ou formé par ledit premier arbre de sortie, et des satellites (84) qui sont engrenés respectivement avec ledit planétaire central et ladite couronne extérieure, et qui sont portés par un porte-satellites (86) relié audit rotor (61) ou formant ledit rotor.
7. 7. Procédé d’alimentation en air d’un circuit (36) de conditionnement d’air d’une cabine d’un aéronef qui est équipé d’au moins un turbopropulseur (110) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une première étape consistant à ; - faire tourner ledit premier arbre (74) dans un sens opposé à celui dudit second arbre (76), de façon à ce que la vitesse de rotation (V3) dudit rotor (61) soit inférieure à celle dudit second arbre (VI), pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’au décollage de l’aéronef.
8. 8. Procédé d’alimentation en air d’un circuit (36) de conditionnement d’air d’une cabine d’un aéronef qui est équipé d’au moins un turbopropulseur (110) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant une étape consistant à ; - faire tourner ledit premier arbre (74) dans un sens, alors que la vitesse de rotation (VI) dudit second arbre est sensiblement nulle, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’à l’arrêt ou en mode hôtel de l’aéronef.
9. 9. Procédé d’alimentation en air d’un circuit (36) de conditionnement d’air d’une cabine d’un aéronef qui est équipé d’au moins un turbopropulseur (110) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant une étape consistant à ; - ne pas faire tourner ledit premier arbre (74), la vitesse de rotation (VI) dudit second arbre (76) imposant une vitesse de rotation audit rotor, pendant au moins un régime de fonctionnement du turbopropulseur, tel qu’au ralenti.