FR3145316A1 - Système propulsif aéronautique et procédé de contrôle associé - Google Patents

Système propulsif aéronautique et procédé de contrôle associé Download PDF

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FR3145316A1
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FR
France
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physical quantity
generator
propulsion system
static converter
stator
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Pending
Application number
FR2300825A
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English (en)
Inventor
Alexandre Richard
Florent Jean-Arnaud ROUGIER
Xavier Roboam
Hubert Piquet
Nicolas Roux
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Safran SA
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
Universite de Toulouse
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Safran SA
Universite Toulouse III Paul Sabatier
Institut National Polytechnique de Toulouse INPT
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)

Abstract

Système propulsif (100) aéronautique comprenant :un circuit principal (110) ;une turbomachine (111) ;un circuit auxiliaire (120) comprenant un convertisseur statique (122) ; etun dispositif de contrôle (123) du convertisseur statique (122). Figure de l’abrégé : Fig. 3

Description

Système propulsif aéronautique et procédé de contrôle associé
Le présent exposé concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, le présent exposé concerne les systèmes propulsifs d’aéronef, notamment leur commande, lorsqu’ils comprennent un générateur électrique et un moteur électrique.
 ETAT DE LA TECHNIQUE
Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux actuellement en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des impacts environnementaux modérés dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.
Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son impact climatique par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.
A cet égard, certains systèmes propulsifs aéronautiques, sur lesquels la Déposante travaille, comprennent une turbomachine entraînant un générateur électrique relié à un moteur électrique. Le moteur électrique et, possiblement, la turbomachine entraînent alors une hélice pour la propulsion de l’aéronef. Ces systèmes propulsifs sont souvent qualifiés d’« hybrides », puisqu’ils associent une source de propulsion thermique à une source de propulsion électrique.
Le système électrique constitué d’un ou plusieurs générateur(s) électrique(s) reliés à un ou plusieurs moteur(s) électrique(s) peut toutefois être le siège d’instabilités qui sont susceptibles de perturber le fonctionnement du système propulsif.
EXPOSE GENERAL
Un but du présent exposé est donc d’améliorer la stabilité d’un système propulsif hybride pour aéronef.
À cet effet, le présent exposé est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et, en ce sens, contribue à la réduction de l’impact environnemental des avions. Pour cela, selon un premier aspect du présent exposé, il est proposé un système propulsif aéronautique comprenant :
un circuit principal comprenant un générateur électrique comprenant un rotor de générateur et un stator de générateur, un moteur électrique comprenant un rotor de moteur et un stator de moteur et un bus électrique principal reliant électriquement le stator de générateur au stator de moteur, le bus électrique principal étant configuré pour transmettre une énergie électrique sous forme alternative depuis le générateur électrique jusqu’au moteur électrique, le circuit principal présentant une première grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif ;
une turbomachine reliée au rotor de générateur pour l’entraîner en rotation par rapport au stator de générateur ;
un circuit auxiliaire comprenant une source d’alimentation électrique, un convertisseur statique et un bus électrique secondaire reliant électriquement la source d’alimentation électrique et le convertisseur statique au bus électrique principal ; et
un dispositif de contrôle du convertisseur statique, le dispositif de contrôle étant configuré pour mettre en œuvre :
une mesure d’une évolution temporelle de la première grandeur physique, l’évolution temporelle mesurée comprenant un spectre fréquentiel ;
un filtrage de l’évolution temporelle mesurée de sorte à sélectionner une partie du spectre fréquentiel ;
une détermination d’une correction à apporter à la première grandeur physique permettant d’annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage ; et
une génération d’une consigne de commande du convertisseur statique en fonction de la correction déterminée ;
dans lequel le convertisseur statique est configuré pour annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage à l’aide de la source d’alimentation électrique, en fonction de la consigne de commande générée.
Il peut en outre être prévu que le système propulsif présente une deuxième grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif, le dispositif de contrôle étant configuré pour adapter le filtrage de l’évolution temporelle mesurée et/ou la détermination de la correction à apporter à la première grandeur physique en fonction de la deuxième grandeur physique.
Il peut aussi être prévu que la deuxième grandeur physique est une vitesse de rotation du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, ou un couple d’un arbre basse pression de la turbomachine, le rotor de générateur étant relié mécaniquement à l’arbre basse pression.
Il peut être prévu que la source d’alimentation électrique est une source électrique à courant continu et le convertisseur statique est un onduleur.
Il peut être prévu que la première grandeur physique est au moins un parmi : une position du rotor de moteur par rapport au stator de moteur, une vitesse de rotation du rotor de moteur par rapport au stator de moteur, une position du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, une vitesse de rotation du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, une tension du circuit principal, un courant du circuit principal, un couple développé par le moteur électrique, un couple développé par le générateur électrique, une puissance électrique consommée par le moteur électrique, une puissance générée par le générateur électrique et un angle de décalage entre le rotor de moteur et le rotor de générateur.
Il peut être prévu que le système propulsif présente une troisième grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif, dans lequel le dispositif de contrôle comprend un dispositif d’activation du convertisseur statique configuré pour activer le dispositif de contrôle lorsque la troisième grandeur physique est comprise au sein d’une gamme de valeurs de la troisième grandeur physique.
Il peut être prévu que la troisième grandeur physique est une vitesse de rotation du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, ou un couple d’un arbre basse pression de la turbomachine, le rotor de générateur étant relié mécaniquement à l’arbre basse pression.
Selon un deuxième aspect du présent exposé, il est proposé un aéronef comprenant une cellule et un système propulsif selon le premier aspect, le système propulsif étant fixé à la cellule.
Selon un troisième aspect du présent exposé, il est proposé un procédé de contrôle d’un système propulsif aéronautique, le système propulsif comprenant :
un circuit principal comprenant un générateur électrique comprenant un rotor de générateur et un stator de générateur, un moteur électrique comprenant un rotor de moteur et un stator de moteur et un bus électrique principal reliant électriquement le stator de générateur au stator de moteur, le bus électrique principal étant configuré pour transmettre une énergie électrique sous forme alternative depuis le générateur électrique jusqu’au moteur électrique, le circuit principal présentant une première grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif ;
une turbomachine reliée au rotor de générateur pour l’entraîner en rotation par rapport au stator de générateur ;
un circuit auxiliaire comprenant une source d’alimentation électrique, un convertisseur statique et un bus électrique secondaire reliant électriquement la source d’alimentation électrique et le convertisseur statique au bus électrique ; et
un dispositif de contrôle du convertisseur statique ;
dans lequel le procédé comprend :
une mesure d’une évolution temporelle de la première grandeur physique, l’évolution temporelle mesurée comprenant un spectre fréquentiel ;
un filtrage de l’évolution temporelle mesurée de sorte à sélectionner une partie du spectre fréquentiel ;
une détermination d’une correction à apporter à la première grandeur physique permettant d’annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage ;
une génération d’une consigne de commande du convertisseur statique en fonction de la correction déterminée ; et
une annulation de la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage à l’aide de la source d’alimentation électrique, en fonction de la consigne de commande générée ;
dans lequel la mesure, le filtrage, la détermination et la génération sont mises en œuvre par le dispositif de contrôle et l’annulation est mise en œuvre par le convertisseur statique.
Il peut être prévu que le système propulsif présente une deuxième grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif, le filtrage de l’évolution temporelle mesurée et/ou la détermination de la correction à apporter à la grandeur physique étant mis en œuvre en fonction de la deuxième grandeur physique.
 DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
la est une vue schématique en perspective d’un aéronef ;
la est une vue schématique en demi-coupe d’une turbomachine d’un aéronef ;
la illustre de façon schématique un système propulsif ;
la illustre des graphes représentant l’évolution de grandeurs physiques d’un circuit principal d’un système propulsif après activation du dispositif de contrôle du circuit principal ;
la illustre de façon schématique un système propulsif ; et
la est un organigramme d’un mode de mise en œuvre d’un procédé de contrôle.
 DESCRIPTION DETAILLEE
Un aéronef 1 est un appareil configuré pour s’élever et se déplacer dans l’air, et peut, par exemple, être un avion, civil ou militaire, voire un hélicoptère. L’aéronef 1 comprend une cellule 10 qui, dans le cas d’un avion, est composée d’un fuselage, d’une voilure comprenant deux ailes, d’empennages, de gouvernes de vol et d’un train d’atterrissage.
Un système propulsif 100 est fixé (ou intégré) à l’aéronef afin de lui conférer la poussée nécessaire à son élévation et à son déplacement dans les airs. Le système propulsif 100 est hybride, en ce qu’il mobilise une source de puissance thermique (turbomachine(s) 111) et une source de puissance électrique (générateur(s) électrique(s) 112 et moteur(s) électrique(s) 113).
Le système propulsif 100 comprend ainsi une turbomachine 111 qui présente une direction principale s’étendant selon un axe longitudinal X. La turbomachine 111 est configurée pour être fixée sur la cellule 10 de l’aéronef 1, par exemple aux ailes, dans le cas d’un avion, typiquement par l’intermédiaire d’un pylône (ou mât). La turbomachine 111 peut également être montée à l’arrière du fuselage, voire être intégrée au fuselage de l’aéronef 1. La turbomachine 111 peut être à double-corps, double-flux, carénée et à entraînement direct, telle que décrite ci-après, mais peut également comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à réducteur ou un turbopropulseur, carénée ou non. La turbomachine 111 comporte, d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz, une soufflante 1112, un corps primaire comportant une section de compression 1113, 1114 comprenant un compresseur basse pression 1113 ainsi qu’un compresseur haute pression 1114, une chambre de combustion 1115, et une section de turbine 1116, 1117 comprenant une turbine haute pression 1116 ainsi qu’une turbine basse pression 1117. La soufflante 1112 peut être carénée, c’est-à-dire qu’elle est logée dans un carter de rétention 1111 ( ). La soufflante peut être également non carénée, c’est-à-dire qu’elle n’est pas logée dans un carter de rétention et se présente sous forme d’hélice 1110 ( ). Le flux d’air entrant dans la turbomachine 111 suite à l’aspiration générée par la soufflante 1112 se divise en un flux primaire configuré pour traverser le corps primaire et un flux secondaire qui contourne le corps primaire, la plupart de la poussée générée par la turbomachine 111 étant liée au flux secondaire. En outre, la turbomachine 111 comprend un arbre haute pression 1118 qui est raccordé à la turbine haute pression 1116 et est configuré pour entraîner le compresseur haute pression 1114, et un arbre basse pression 1119 qui est raccordé à la turbine basse pression 1117 et est configuré pour entrainer le compresseur basse pression 1113 et la soufflante 1112. Bien entendu, le système propulsif 100 peut comprendre une pluralité de turbomachines 111, par exemple une turbomachine 111 par aile de l’aéronef 1.
Le système propulsif 100 comprend en outre un circuit principal 110 et un circuit auxiliaire 120.
Le circuit principal 110 est dédié à la production de puissance électrique pour participer à la génération de la poussée développée par le système propulsif 100. A cet égard, il comprend un générateur électrique 112 et un moteur électrique 113 reliés entre eux par un bus électrique 116 de type AC, c’est-à-dire configuré pour relier un stator de générateur à un stator de moteur, le bus électrique principal étant configuré pour transmettre une énergie électrique sous forme alternative depuis le générateur électrique 112 jusqu’au moteur électrique 113, et réciproquement. Le générateur électrique 112 et le moteur électrique 113 sont de préférence des machines de type synchrone, par exemple à aimants permanents. Alternativement, le générateur électrique 112 et le moteur électrique 113 peuvent être des machines électriques, par exemple de type synchrone à rotor bobiné, asynchrone ou tout autre type de machine électrique adaptée. L’emploi d’un bus électrique principal 116 de type AC permet de réduire l’utilisation de convertisseurs statiques au sein du circuit principal 110, ce qui permet de réduire la masse de l’aéronef 1 et d’augmenter le rendement et la robustesse du circuit principal 110. Bien entendu, le système propulsif 100 peut comprendre une pluralité de générateurs électriques 112 et une pluralité de moteurs électriques 113, un générateur électrique 112 pouvant être relié à plusieurs moteurs électriques 113, typiquement connectés en parallèle sur le bus électrique principal 116, et, réciproquement, un moteur électrique 113 peut être relié à plusieurs générateurs électriques 112, typiquement connectés en parallèle sur le bus électrique 116. Le générateur électrique 112 comprend un stator de générateur et un rotor de générateur mobile en rotation par rapport au stator de générateur. La turbomachine 111 est reliée au rotor de générateur pour l’entraîner en rotation par rapport au stator de générateur. Par exemple, le rotor de générateur est relié à l’un de l’arbre haute pression 1118 et de l’arbre basse pression 1119 de la turbomachine 111, typiquement par l’intermédiaire d’une prise de force. Par ailleurs, le moteur électrique 113 comprend un stator de moteur et un rotor de moteur mobile en rotation par rapport au stator de moteur. Le rotor de moteur est en outre relié à un élément de propulsion, tel qu’une hélice 115, pour l’entraîner en rotation de sorte à ce qu’il génère tout ou partie de la poussée développée par le système propulsif 100.
Le circuit principal 110 présente une première grandeur physique, mesurable, qui est représentative de l’état de stabilité du fonctionnement du système propulsif 100. La première grandeur physique est, par exemple, au moins l’un parmi : une position du rotor de moteur, une vitesse de rotation du rotor de moteur une position du rotor de générateur, une vitesse de rotation du rotor de générateur, une tension du circuit principal 110, un courant du circuit principal 110, un couple développé par le moteur électrique 113 et transmis à l’élément de propulsion 115, un couple développé par le générateur électrique 112, une puissance électrique consommée par le moteur électrique 113, une puissance électrique générée par le générateur électrique et un angle de décalage entre le rotor de moteur et le rotor de générateur. A cet égard, le circuit principal 110 peut comprendre un capteur 114. En l’espèce, le circuit principal 110 peut comprendre, pour mesurer un courant, un capteur à effet hall ou un capteur inductif, et pour mesurer une tension, un capteur à effet hall ou un magnétomètre. Le circuit principal 110 peut comprendre également plusieurs capteurs 114. Pour mesurer la vitesse de rotation, le générateur électrique 112 et/ou le moteur électrique 113 peuvent comprendre une génératrice tachymétrique. Pour mesurer un angle de décalage entre le rotor de générateur et le rotor de moteur, le générateur électrique 112 et/ou le moteur électrique 113 peuvent comprendre chacun un codeur incrémental, de type relatif ou absolu et/ou un synchro-résolveur.
Le circuit auxiliaire 120 permet de contrôler, au moins en partie, le circuit principal 110, et notamment de le stabiliser à partir de la première grandeur physique.
En effet, le comportement du circuit principal 110 et le comportement du système propulsif 100 sont dépendants des paramètres électriques et mécaniques du générateur électrique 112 et du moteur électrique 113. Notamment, l’utilisation de machines synchrones à aimants permanents sans convertisseur statique au sein du circuit principal 110 n’offre aucune possibilité de contrôle ce qui rend le système propulsif 100 rigide selon un point de vue électrique. Dès lors, des phénomènes d’instabilité peuvent apparaitre au cours du fonctionnement du système propulsif 100 se caractérisant par des régimes d’oscillations divergents ou non divergents d’amplitude plus ou moins importante de la première grandeur physique pouvant parfois entrainer des décrochages du système propulsif 100. En d’autres termes, la première grandeur physique peut dévier, ou être perturbée, de manière non désirée, de sorte qu’une partie du spectre fréquentiel d’une évolution temporelle de la première grandeur physique caractérise les phénomènes d’instabilité, le circuit auxiliaire 120 participant à annuler la partie du spectre fréquentiel de l’évolution temporelle de la première grandeur physique.
Le circuit auxiliaire 120 comprend un convertisseur statique 122, une source d’alimentation électrique 121, de préférence à courant continu, et un bus électrique secondaire 124, de même type, AC, que le bus électrique principal 116, reliant électriquement la source d’alimentation électrique 121 et le convertisseur statique 122 au bus électrique principal 116, par exemple par l’intermédiaire d’un nœud de distribution électrique 117. Le circuit auxiliaire 120 est ainsi configuré pour annuler la partie du spectre fréquentiel de l’évolution temporelle de la première grandeur physique, de préférence en fournissant au circuit principal 110 des courants électriques en opposition de phase par rapport à l’évolution temporelle de la première grandeur physique.
Pour ce faire, le circuit auxiliaire 120 comprend un dispositif de contrôle 123 prenant en entrée une mesure de l’évolution temporelle de la première grandeur physique, par exemple des courants du bus électrique principal 110 exprimés dans un repère tournant du générateur électrique Id, Iq comme illustrés sur le premier graphe la . Le dispositif de contrôle 123 va alors filtrer la mesure de sorte à sélectionner la partie du spectre fréquentiel de l’évolution temporelle de la première grandeur physique et en sortir une mesure filtrée de la première grandeur physique, par exemple les courants du bus électrique principal 110 filtrés Idf, Iqf comme illustrés sur le deuxième graphe de la . La première grandeur physique est alors soumise à une correction par le dispositif de contrôle 123 permettant d’annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage fournissant ainsi des consignes de courant I*dINJ, I*qINJ en opposition de phase par rapport à la mesure de la première grandeur physique au convertisseur statique 122 configuré pour imposer une forme des courants, ici celle imposée par I*dINJ et I*qINJ, circulant depuis le circuit auxiliaire 120 vers le circuit principal 110 et pour recevoir son énergie de la source d’alimentation électrique 121. Un exemple de consignes de courant I*dINJ, I*qINJ est illustré sur le troisième graphe de la . Ainsi, les régimes d’oscillation de la première grandeur physique, illustrés par exemple sur le premier graphe de la par les courants du bus électrique principal exprimés dans le repère tournant du générateur Id, Iq, sont atténués jusqu’à s’annuler sous l’effet des courants injectés dans le circuit principal 110 par le circuit auxiliaire 120. De cette manière, la partie du spectre fréquentiel de l’évolution temporelle de la première grandeur physique est annulée et le circuit principal 110 ne présente plus d’instabilités.
On peut prévoir n’importe quelle architecture de convertisseur statique 122 pour commander le circuit auxiliaire 120 tant que le courant en sortie du convertisseur statique 112 est sous forme alternative. Le convertisseur statique 122 peut donc comprendre une architecture AC/AC ou DC/AC. Par exemple, le convertisseur statique 122 est un onduleur DC/AC avec commande par modulation de largeur d’impulsion.
Selon le type de convertisseur statique, la source d’alimentation électrique 121 à courant continu peut être un dispositif de stockage, par exemple une batterie. La source d’alimentation électrique 121 peut également être un circuit relié électriquement au réseau électrique interne de l’aéronef 1 en parallèle.
Pour obtenir les formes des courants souhaitées en sortie du convertisseur statique 122, permettant de corriger les instabilités du circuit principal 110, le dispositif de contrôle 123 est configuré pour contrôler le convertisseur statique 122 à l’aide d’une consigne de commande C fournie au convertisseur statique 122.
Afin de générer la consigne de commande C du convertisseur statique 122, le dispositif de contrôle 123 reçoit en entrée une valeur de la première grandeur physique, typiquement une mesure d’un capteur 114 relié au circuit principal 110, ou une estimation d’une grandeur correspondant à la première grandeur physique. Il peut également recevoir plusieurs mesures issues de plusieurs capteurs 114, les mesures étant soit, mesurées de façon isolée, ou bien regroupées en une seule mesure par une combinaison des mesures issues des capteurs 114.
Le dispositif de contrôle 123 comprend un filtre configuré pour isoler une partie du spectre fréquentiel de la mesure ou une partie commune au spectre fréquentiel de chaque mesure dans le cas où le dispositif de contrôle 123 reçoit plusieurs mesures. Ainsi, un régime permanent du circuit principal 110 n’est pas influencé par l’action du circuit auxiliaire 120.
Le filtre peut être de type analogique ou de type numérique. Il peut être de type passe haut, passe-bande ou une combinaison de chacun d’entre eux, un paramétrage du filtre étant prédéterminé par exemple par analyse de données de vol en simulation et selon la mesure ou les mesures en entrée.
Par exemple, en comparant le premier graphe et le deuxième graphe de la , le filtrage, ici pour un filtre de type passe-haut, a pour effet de rejeter les composantes continues des courants Id, Iq de sorte le régime permanent du circuit principal 110 ne soit pas influencé par l’action du circuit auxiliaire 120.
Le dispositif de contrôle 123 comprend également un correcteur prenant en entrée la mesure filtrée ou les mesures filtrées, ainsi qu’une référence nulle, et fournit en sortie une consigne de courant comparée dans une boucle de régulation avec une image des courants du circuit auxiliaire 120 en sortie du convertisseur statique 122, par exemple dans un repère de Park, un repère de Clarke ou dans un repère orthonormé direct, de sorte à générer en sortie du dispositif de contrôle 123 la consigne de commande C du convertisseur statique 122, par exemple de type modulation à largeur d’impulsion (connu sous l’acronyme MLI ou sous l’acronyme anglosaxon PWM pour « Pulse-width modulation »). À partir de la consigne de commande C, le convertisseur statique 122 fournit en sortie des courants en opposition de phase avec la mesure ou les mesures de sorte à annuler la partie du spectre fréquentiel. Une fois le système propulsif 100 stabilisé, la consigne revient à la référence nulle.
Un paramétrage du correcteur est par exemple prédéterminé par analyse de données de vol en simulation et selon la mesure filtrée ou les mesures filtrées en entrée. Le correcteur peut être de type proportionnel, intégral, dérivée, ou une combinaison de ces types de correcteur. Dans le cas où plusieurs mesures peuvent être en entrée du correcteur, la correction peut être configurée pour être à plusieurs entrées et à plusieurs sorties (connue sous l’acronyme anglosaxon MIMO « Multiple-input, multiple-output »).
Le circuit auxiliaire 120 peut également stabiliser le circuit principal 110 pour plusieurs points de fonctionnement de la turbomachine 111. En effet, dans certains cas, la première grandeur physique peut présenter plusieurs régimes d’oscillations correspondant chacun à une partie différente du spectre fréquentiel de l’évolution temporelle de la première grandeur physique. Il peut dont être prévu de faire varier les paramètres de correction et la fréquence de coupure du filtrage selon la partie du spectre fréquentiel à annuler. Le dispositif de commande 123 peut donc recevoir en entrée supplémentaire une deuxième grandeur physique, également représentative d’un fonctionnement du système propulsif 100, afin de faire varier les paramètres de correction et de filtrage en fonction de la deuxième grandeur physique selon la partie du spectre fréquentiel de l’évolution temporelle de la première grandeur physique à annuler. Par exemple, la deuxième grandeur physique peut être une vitesse de rotation du rotor de générateur ou un couple de l’arbre basse pression de la turbomachine CBP( ), le rotor de générateur étant relié mécaniquement à l’arbre basse pression 1119 de la turbomachine 111. On peut prévoir également que la deuxième grandeur physique soit identique à la première grandeur physique.
Le dispositif de contrôle 123 peut comprendre un dispositif d’activation du convertisseur statique 122, dans le but de ne le rendre actif que dans des conditions de fonctionnement particulières, par exemple dans une gamme de vitesse de rotation du rotor de générateur.
Plus précisément, le dispositif de contrôle est activé lorsqu’une troisième grandeur physique, par exemple une vitesse de rotation du rotor de générateur ou un couple de l’arbre basse pression de la turbomachine CBP, le rotor de générateur étant relié mécaniquement à l’arbre basse pression 1119 de la turbomachine 111, est dans une plage prédéterminée, par exemple par analyse de données de vol. Ainsi, la consommation est optimisée.
On peut prévoir en outre que la deuxième grandeur physique soit identique à la troisième grandeur physique.
Ainsi, afin de stabiliser le circuit principal 110, le dispositif de contrôle 123 est configuré pour piloter le convertisseur statique 122 en mettant en œuvre un procédé de contrôle dans lequel, en référence à la , les étapes suivantes sont mises en œuvre.
Au cours d’une étape E1, une mesure ou une estimation d’une évolution temporelle de la première grandeur physique est reçue en entrée du dispositif de contrôle 123. Plusieurs mesures et/ou plusieurs estimations peuvent, du reste, être reçues en entrée du dispositif de contrôle 123.
L’évolution temporelle de la première grandeur physique est ensuite filtrée au cours d’une étape E21 par le filtre du dispositif de contrôle 123 de sorte que le correcteur du dispositif de contrôle 123 reçoit en entrée une partie du spectre fréquentiel de l’évolution temporelle de la première grandeur physique sélectionnée par le filtrage.
Au cours d’une étape E2, la correction à apporter à la première grandeur physique permettant d’annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage est déterminée par le correcteur du dispositif de contrôle 123.
On peut prévoir en outre une étape E12 illustrant la possibilité d’un changement de paramétrage de la loi de contrôle, comprenant un paramétrage du filtrage, par exemple une fréquence de coupure du filtre, et/ou de la correction, par exemple un gain du correcteur. Pour cela le dispositif de contrôle 123 tient compte de la deuxième grandeur physique en la mesurant et en imposant un profil de variation paramétrique, établi en fonction de la deuxième grandeur physique, aux paramètres du filtre et du correcteur.
Au cours d’une étape E3, une consigne de commande du circuit du convertisseur statique 122 en fonction de la correction déterminée est générée par le dispositif de contrôle 123 et transmise au convertisseur statique 122.
Ainsi, le convertisseur statique 122 annule la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage à l’aide de la source d’alimentation électrique 121, en fonction de la consigne de commande générée.

Claims (10)

  1. Système propulsif (100) aéronautique comprenant :
    un circuit principal (110) comprenant un générateur électrique (112) comprenant un rotor de générateur et un stator de générateur, un moteur électrique (113) comprenant un rotor de moteur et un stator de moteur et un bus électrique principal (116) reliant électriquement le stator de générateur au stator de moteur, le bus électrique principal (116) étant configuré pour transmettre une énergie électrique sous forme alternative depuis le générateur électrique (112) jusqu’au moteur électrique (113), le circuit principal (110) présentant une première grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif (100) ;
    une turbomachine (111) reliée au rotor de générateur pour l’entraîner en rotation par rapport au stator de générateur ;
    un circuit auxiliaire (120) comprenant une source d’alimentation électrique (121), un convertisseur statique (122) et un bus électrique secondaire (124) reliant électriquement la source d’alimentation électrique (121) et le convertisseur statique (122) au bus électrique principal (116) ; et
    un dispositif de contrôle (123) du convertisseur statique (122), le dispositif de contrôle (123) étant configuré pour mettre en œuvre :
    une mesure d’une évolution temporelle de la première grandeur physique, l’évolution temporelle mesurée comprenant un spectre fréquentiel ;
    un filtrage de l’évolution temporelle mesurée de sorte à sélectionner une partie du spectre fréquentiel ;
    une détermination d’une correction à apporter à la première grandeur physique permettant d’annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage ; et
    une génération d’une consigne de commande du convertisseur statique (122) en fonction de la correction déterminée ;
    dans lequel le convertisseur statique (122) est configuré pour annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage à l’aide de la source d’alimentation électrique (121), en fonction de la consigne de commande générée.
  2. Système propulsif (100) selon la revendication 1, dans lequel le système propulsif (100) présente une deuxième grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif (100), le dispositif de contrôle (123) étant configuré pour adapter le filtrage de l’évolution temporelle mesurée et/ou la détermination de la correction à apporter à la première grandeur physique en fonction de la deuxième grandeur physique.
  3. Système propulsif (100) selon la revendication 2, dans lequel la deuxième grandeur physique est une vitesse de rotation du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, ou un couple d’un arbre basse pression de la turbomachine (CBP), le rotor de générateur étant relié mécaniquement à l’arbre basse pression (1119).
  4. Système propulsif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la source d’alimentation électrique (121) est une source électrique à courant continu et le convertisseur statique (122) est un onduleur.
  5. Système propulsif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première grandeur physique est au moins un parmi : une position du rotor de moteur par rapport au stator de moteur, une vitesse de rotation du rotor de moteur par rapport au stator de moteur, une position du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, une vitesse de rotation du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, une tension du circuit principal (110), un courant du circuit principal (110), un couple développé par le moteur électrique (113), un couple développé par le générateur électrique (112), une puissance électrique consommée par le moteur électrique (113), une puissance générée par le générateur électrique (112) et un angle de décalage entre le rotor de moteur et le rotor de générateur.
  6. Système propulsif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le système propulsif (100) présente une troisième grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif (100), dans lequel le dispositif de contrôle (123) comprend un dispositif d’activation du convertisseur statique (122) configuré pour activer le dispositif de contrôle (123) lorsque la troisième grandeur physique est comprise au sein d’une gamme de valeurs de la troisième grandeur physique.
  7. Système propulsif (100) selon la revendication 6, dans lequel la troisième grandeur physique est une vitesse de rotation du rotor de générateur par rapport au stator de générateur, ou un couple d’un arbre basse pression de la turbomachine (CBP), le rotor de générateur étant relié mécaniquement à l’arbre basse pression (1119).
  8. Aéronef (1) comprenant une cellule (10) et un système propulsif (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le système propulsif (100) étant fixé à la cellule (10).
  9. Procédé de contrôle d’un système propulsif (100) aéronautique, le système propulsif (100) comprenant :
    un circuit principal (110) comprenant un générateur électrique (112) comprenant un rotor de générateur et un stator de générateur, un moteur électrique (113) comprenant un rotor de moteur et un stator de moteur et un bus électrique principal (116) reliant électriquement le stator de générateur au stator de moteur, le bus électrique principal étant configuré pour transmettre une énergie électrique sous forme alternative depuis le générateur électrique (112) jusqu’au moteur électrique (113), le circuit principal (110) présentant une première grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif (100) ;
    une turbomachine (111) reliée au rotor de générateur pour l’entraîner en rotation par rapport au stator de générateur ;
    un circuit auxiliaire (120) comprenant une source d’alimentation électrique (121), un convertisseur statique (122) et un bus électrique secondaire (124) reliant électriquement la source d’alimentation électrique (121) et le convertisseur statique (122) au bus électrique (116) ; et
    un dispositif de contrôle (123) du convertisseur statique (122) ;
    dans lequel le procédé comprend :
    une mesure (E1) d’une évolution temporelle de la première grandeur physique, l’évolution temporelle mesurée comprenant un spectre fréquentiel ;
    un filtrage (E21) de l’évolution temporelle mesurée de sorte à sélectionner une partie du spectre fréquentiel ;
    une détermination (E2) d’une correction à apporter à la première grandeur physique permettant d’annuler la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage ;
    une génération (E3) d’une consigne de commande du convertisseur statique (122) en fonction de la correction déterminée ; et
    une annulation de la partie du spectre fréquentiel sélectionnée par le filtrage à l’aide de la source d’alimentation électrique (121), en fonction de la consigne de commande générée ;
    dans lequel la mesure, le filtrage, la détermination et la génération sont mises en œuvre par le dispositif de contrôle (123) et l’annulation est mise en œuvre par le convertisseur statique (122).
  10. Procédé de contrôle selon la revendication 9, dans lequel le système propulsif (100) présente une deuxième grandeur physique représentative d’un fonctionnement du système propulsif (100), le filtrage de l’évolution temporelle mesurée et/ou la détermination de la correction à apporter à la grandeur physique étant mis en œuvre en fonction de la deuxième grandeur physique (E12).
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US20160340051A1 (en) * 2015-05-19 2016-11-24 Rolls-Royce Plc Aircraft electrical network
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