FR3019790A1 - Procede de controle d'un systeme propulseur hybride - Google Patents

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Abstract

L'invention propose un procédé de contrôle d'un système propulseur hybride (10) comportant un moteur thermique (12) à cycle fermé et un moteur électrique (14) reliés à un arbre de transmission (22), le moteur thermique (12) produisant un couple d'entrainement de l'arbre de transmission (22) qui varie régulièrement en conséquence de l'acyclisme du moteur thermique (12), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12) et une étape de commande du moteur électrique (14) qui consiste à moduler la valeur du couple produit par le moteur électrique (14) en fonction de la valeur instantanée déterminée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12) pour que l'amplitude des variations du couple total reçu par l'arbre de transmission (22) soit inférieure à l'amplitude des variations du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12).

Description

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE D'UN SYSTÈME PROPULSEUR HYBRIDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un procédé de contrôle d'un système propulseur hybride comportant un moteur thermique et un moteur électrique, pour l'entrainement par exemple d'hélices d'aéronef, qui est configuré pour limiter les variations du couple transmis aux hélices. L'invention a pour but de proposer un procédé de contrôle du système propulseur hybride qui est réalisé de manière à limiter les variations de couple transmis aux hélices, tout en limitant la masse et le prix. L'invention propose plus particulièrement un procédé permettant de limiter la non uniformité du couple produit par le moteur thermique lorsque celui-ci consiste en un moteur thermique du type à cycle fermé. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un système propulseur hybride, par exemple pour la propulsion d'un aéronef, comporte un moteur thermique à cycle fermé et un moteur électrique, réversible ou non, qui est utilisé en appoint, afin de compléter la puissance fournie par le moteur thermique soit pour apporter une puissance supplémentaire notamment lors d'une phase de décollage ou bien pour limiter la consommation en carburant. Un moteur à cycle fermé, qui est par exemple un moteur à quatre temps, produit un couple qui n'est pas constant et qui présente des valeurs maximales correspondant aux pics de pression dans les cylindres et des valeurs minimales correspondant aux phases de compression. Cette variation du couple est généralement appelée acyclisme du couple.
Le couple produit par le moteur thermique est transmis aux hélices de l'aéronef par l'intermédiaire d'un arbre de transmission. L'acyclisme du couple produit par le moteur thermique génère alors des contraintes transmises aux pales de l'aéronef. Pour limiter les risques de casse des pales, il a été proposé d'augmenter la résistance mécanique des pales et des moyens d'amortissement en torsion sur l'arbre de transmission. Ces solutions ont un impact négatif sur la masse du système moto-propulseur, ainsi que sur son prix. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un procédé de contrôle d'un système propulseur hybride comportant un moteur thermique à cycle fermé et un moteur électrique, qui sont reliés à un arbre de transmission, le moteur thermique produisant un couple d'entrainement de l'arbre de transmission qui varie régulièrement en conséquence de l'acyclisme du moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique et une étape de commande du moteur électrique qui consiste à moduler la valeur du couple produit par le moteur électrique en fonction de la valeur instantanée déterminée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique pour que l'amplitude des variations du couple total reçu par l'arbre de transmission soit inférieure à l'amplitude des variations du couple d'entrainement produit par le moteur thermique. La variation du couple produit par le moteur électrique permet de compenser en partie les variations du couple produit par le moteur thermique. Ainsi, le couple total résultant des deux couples présente des variations moins importantes ce qui limite les risques de casse des pales. De préférence, l'étape de commande consiste à commander le moteur électrique pour que la valeur du couple produit par le moteur électrique soit égale à une valeur basse lorsque la valeur instantanée du couple produit par le moteur thermique est importante et pour que la valeur du couple produit soit égale à une valeur élevée lorsque la valeur instantanée du couple produit par le moteur thermique est faible. De préférence, la dite valeur basse du couple produit par le moteur électrique est une valeur nulle ou négative.
De préférence, l'étape de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique consiste à mesurer la valeur instantanée dudit couple d'entrainement produit par le moteur thermique. De préférence, l'étape de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique consiste à mesurer au moins un paramètre de fonctionnement du moteur thermique, puis à calculer ladite valeur instantanée du couple d'entrainement à partir dudit au moins un paramètre mesuré. L'invention propose aussi un système propulseur hybride comportant un moteur thermique et un moteur électrique reliés à un arbre d'entrainement apte à être contrôlé par un procédé selon l'invention, caractérisé en ce que le système propulseur comporte des moyens de détermination du couple instantané produit par le moteur thermique et des moyens de contrôle du couple produit par le moteur électrique en fonction du couple produit par le moteur thermique. De préférence, le moteur électrique consiste en une machine électrique réversible, qui est apte à générer du courant lorsqu'il produit un couple résistant. De préférence, le système propulseur comporte des moyens de mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur thermique. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique d'un système propulseur hybride pour un aéronef ; - la figure 2 est un graphique représentant les valeurs instantanées des couples produits par le moteur thermique, le moteur électrique et le système propulseur hybride. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté à la figure 1 un système propulseur hybride 10 par exemple pour la propulsion d'un aéronef. Le système propulseur 10 comporte un moteur thermique 12, un moteur électrique 14 et une unité de commande et de gestion 16 des deux moteurs 12, 14. Les moteurs 12, 14 sont en outre associés à des sources d'énergie, à savoir un réservoir de carburant 18 pour le moteur thermique 12 et une source d'énergie électrique 20 tel que des batteries pour le moteur électrique 14. Les deux moteurs 12, 14 sont tous les deux reliés à un arbre d'entrainement 22 du système propulseur 10, qui entraine des pales de l'aéronef (non représentées).
Le moteur thermique 12 est un moteur du type dit à cycle fermé, c'est par exemple un moteur du type à quatre temps, comme on l'a représenté ici. Le moteur thermique 12 comporte au moins un piston 24 qui se déplace dans un cylindre 26 associé, et un injecteur 28 de carburant dans la chambre de combustion 30. Le moteur thermique 12 comporte un arbre de sortie 32 qui est accouplé à l'arbre d'entrainement 22. Le moteur électrique 14 est de préférence une machine électrique synchrone à courant alternatif, qui comprend entre autres un circuit inducteur à plusieurs pôles. De préférence, le moteur électrique 14 est réversible, c'est-à-dire qu'il peut fonctionner en tant que générateur de courant électrique.
Un contrôleur 34 et un modulateur 36 relient le moteur électrique 14 à l'unité de commande et de gestion 16 et à la source d'énergie 20, pour convertir le courant provenant de la source d'énergie 20 en plusieurs signaux périodiques déphasés entre eux, qui alimentent chaque pôle du circuit inducteur du moteur électrique 14, et dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation. Le contrôleur 34 est piloté par le système de commande et de gestion 16 qui gère la quantité d'énergie récupérée ou fournie au moteur électrique 14. Le moteur électrique 14 comporte un arbre de sortie 38 qui est accouplé à l'arbre de sortie 32 du moteur thermique 12 et à l'arbre d'entrainement 22. Cet accouplement est réalisé par l'intermédiaire d'une transmission 40. Du fait des cycles successifs du moteur thermique 12, le couple produit par celui-ci, que l'on peut mesurer au niveau de son arbre de sortie 32, varie périodiquement. On parle d'un acyclisme du couple d'entrainement produit par le moteur thermique 12.
On a représenté à la figure 2 un graphique représentant les variations du couple produit par le moteur thermique 12, le moteur électrique 14 et du couple résultant transmis par l'arbre d'entrainement 22. Une première courbe 44 représente les variations du couple produit par le moteur thermique 12.
Comme on peut le voir, l'acyclisme du couple d'entrainement produit par le moteur thermique 12 résulte en des variations périodiques et de forte amplitude du couple. Les valeurs positives du couple correspondant à la phase de combustion des gaz, pendant laquelle le moteur thermique 12 produit un couple important, les valeurs négatives du couple correspondant à la phase de compression, pendant laquelle le moteur thermique 12 produit un couple résistant. Selon l'invention, on met en oeuvre un procédé de contrôle du système propulseur 10 qui comporte une étape de mesure et de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique 12 et une étape de commande du moteur électrique 14 qui consiste à moduler la valeur du couple d'entrainement produit par le moteur électrique 14. L'étape de commande du moteur électrique 14 consiste à faire varier la valeur du couple d'entrainement produit par le moteur électrique, pour que l'amplitude des variations du couple total reçu par l'arbre de transmission 22 soit inférieure à l'amplitude des variations du couple d'entrainement produit par le moteur thermique 12.
A cet effet, comme représenté par la courbe 46, les variations du couple produit par le moteur électrique 14 sont déphasées par rapport aux variations du couple produit par le moteur thermique 12. C'est-à-dire que lorsque la valeur du couple produit par le moteur thermique 12 est maximale, la valeur du couple produit par le moteur thermique 14 est minimale, et inversement, lorsque la valeur du couple produit par le moteur thermique 12 est minimale, la valeur du couple produit par le moteur thermique 14 est maximale. Ainsi, le couple résultant, qui est représenté à la figure 2 par la courbe 48 et qui consiste en l'addition du couple produit par le moteur thermique 12 avec le couple produit par le moteur électrique 14 présente des variations d'amplitude moindres que le couple produit par le moteur thermique 12 seul. C'est-à-dire que la différence entre les valeurs extrêmes du couple résultant est moins importante que la différence entre les valeurs extrêmes du couple produit par le moteur thermique 12. Ici, la valeur minimale du couple produit par le moteur électrique 14 est positive cela permet d'avoir une valeur moyenne du couple résultant au niveau de l'arbre d'entrainement qui est supérieure à la valeur moyenne du couple produit par le moteur thermique 12. Selon une variante non représentée, la valeur minimale du couple produit par le moteur électrique 14 est nulle ou négative. Selon un mode de réalisation préféré, l'étape de détermination du couple produit par le moteur thermique 12 consiste à mesurer la valeur instantanée de ce couple, ici par l'intermédiaire d'un capteur de couple qui est installé sur l'arbre de sortie 32 du moteur thermique 12 et qui est raccordé à l'unité de commande et de gestion 16 comme représenté par la ligne 50. Selon une variante de réalisation, l'étape de détermination de la valeur instantanée du couple produit par le moteur thermique 12 consiste à calculer la valeur instantanée de ce couple, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur thermique 12. Pour cela, l'étape de détermination de la valeur instantanée du couple produit par le moteur thermique 12 consiste à mesurer au moins un paramètre de fonctionnement du moteur thermique 12, qui est ici représenté à la figure 1 par un point de mesure 52 sur l'injecteur, puis à calculer la valeur instantanée du couple à partir de ce au moins un paramètre mesuré. Un tel procédé de contrôle du système propulseur hybride 10 permet d'avoir un couple transmis vers les pales de l'aéronef, qui est "lissé", qui risque moins de provoquer des détériorations sur les pales. Ce procédé permet aussi de compenser les variations brusques du couple produit par le moteur thermique 12, notamment en cas d'irrégularités de combustion. Le moteur électrique 14 permet en outre de fournir un complément de puissance au moteur thermique 12, en cas de défaillance de celui-ci ou pour certaines conditions de vol, et il permet d'aider à la mise en drapeau des hélices par la production d'un couple résistant.15

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un système propulseur hybride (10) comportant un moteur thermique (12) à cycle fermé et un moteur électrique (14) reliés à un arbre de transmission (22), le moteur thermique (12) produisant un couple d'entrainement de l'arbre de transmission (22) qui varie régulièrement en conséquence de l'acyclisme du moteur thermique (12), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12) et une étape de commande du moteur électrique (14) qui consiste à moduler la valeur du couple produit par le moteur électrique (14) en fonction de la valeur instantanée déterminée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12) pour que l'amplitude des variations du couple total reçu par l'arbre de transmission (22) soit inférieure à l'amplitude des variations du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12).
  2. 2. Procédé de contrôle selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de commande consiste à commander le moteur électrique (14) pour que la valeur du couple produit par le moteur électrique (14) soit égale à une valeur basse lorsque la valeur instantanée du couple produit par le moteur thermique (12) est importante et pour que la valeur du couple produit soit égale à une valeur élevée lorsque la valeur instantanée du couple produit par le moteur thermique (12) est faible.
  3. 3. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dite valeur basse du couple produit par le moteur électrique (14) est une valeur nulle ou négative.
  4. 4. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12) consiste à mesurer la valeur instantanée dudit couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12).
  5. 5. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la valeur instantanée du couple d'entrainement produit par le moteur thermique (12) consiste à mesurer au moins un paramètre de fonctionnement du moteur thermique (12), puis à calculer ladite valeur instantanée du couple d'entrainement à partir dudit au moins un paramètre mesuré.
  6. 6. Système propulseur hybride (10) comportant un moteur thermique (12) et un moteur électrique (14) reliés à un arbre d'entrainement apte à être contrôlé par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il comporte des moyens de détermination du couple instantané produit par le moteur thermique (12) et des moyens de contrôle du couple produit par le moteur électrique (14) en fonction du couple produit par le moteur thermique (12).
  7. 7. Système propulseur hybride (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur électrique (14) consiste en une machine électrique réversible, qui est apte à générer du courant lorsqu'il produit un couple résistant.
  8. 8. Système propulseur hybride (10) selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur thermique (12).
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