FR3092926A1 - Aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride muni d’un système de gestion automatique d’énergie embarqué - Google Patents
Aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride muni d’un système de gestion automatique d’énergie embarqué Download PDFInfo
- Publication number
- FR3092926A1 FR3092926A1 FR1901507A FR1901507A FR3092926A1 FR 3092926 A1 FR3092926 A1 FR 3092926A1 FR 1901507 A FR1901507 A FR 1901507A FR 1901507 A FR1901507 A FR 1901507A FR 3092926 A1 FR3092926 A1 FR 3092926A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- aircraft
- electrical energy
- computer
- fuel
- management system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- 102100031629 COP9 signalosome complex subunit 1 Human genes 0.000 description 5
- 102100022148 G protein pathway suppressor 2 Human genes 0.000 description 5
- 101000940485 Homo sapiens COP9 signalosome complex subunit 1 Proteins 0.000 description 5
- 101000900320 Homo sapiens G protein pathway suppressor 2 Proteins 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/026—Aircraft characterised by the type or position of power plants comprising different types of power plants, e.g. combination of a piston engine and a gas-turbine
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
- G06Q10/047—Optimisation of routes or paths, e.g. travelling salesman problem
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/40—Business processes related to the transportation industry
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Economics (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Marketing (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Navigation (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride muni d’un système de gestion automatique d’énergie embarqué Aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) comportant un générateur d’électricité à moteur thermique, un ensemble de stockage d’énergie électrique, une motorisation électrique de propulseurs assurant la propulsion et/ou la sustentation de l’aéronef et un système de gestion d’énergie embarqué sélectionnant automatiquement la source d’énergie à délivrer aux propulseurs la plus adaptée en fonction d’un plan de vol prédéterminé, de la masse de l’aéronef et des ressources en énergie électrique et carburant disponibles, le système de gestion d’énergie embarqué comportant un calculateur (46 ; 22, 32, 40) configuré pour : acquérir des données représentatives de contraintes de sécurité, de contraintes environnementales, et de contraintes économiques, déterminer un trajet optimal entre un point de départ et un point d’arrivée en fonction des données ainsi acquises, estimer les consommations d’énergie électrique ou de carburant nécessaires pour parcourir ce trajet optimal, comparer les consommations ainsi obtenues avec les ressources en énergie électrique (20) et carburant (16) disponibles, et activer sélectivement le moteur thermique (14) dont il assure le contrôle et la surveillance, et/ou l’ensemble de stockage d’énergie électrique (20) lors de ce trajet optimal, le calculateur étant en outre configuré pour couper le moteur thermique lors du décollage et de l’atterrissage de l’aéronef et lors d’un passage dans une zone règlementée interdisant les nuisances sonores et les émissions de polluants. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.
Description
L’invention concerne un système de gestion automatique d’énergie dans un aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride.
Les aéronefs actuels pilotés évoluent à partir d’un aérodrome/aéroport pour un avion ou un héliport pour un hélicoptère et le pilote (commandant de bord) est responsable de la tenue des règles de l’air, de la sécurité et du respect des règles environnementales. Il s’assure, en fonction de son plan de vol autorisé par le contrôle du trafic aérien ATC (pour Air Traffic Control), des conditions météorologiques et du bilan de masse/performance, qu’il dispose de la quantité de carburant suffisante pour effectuer sa mission, avec à l’arrivée, les réserves règlementaires. Il peut éventuellement être assisté pour ce faire d’un système de gestion de vol dit FMS (pour Flight Management System).
Les aéronefs à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) sont de plus en plus utilisés notamment dans le transport intra-urbain et inter-urbain de marchandises ou de personnes. Sauf dans le cas du transport d’une petite charge (typiquement un colis postal) sur une faible distance, du fait de la faible densité des batteries actuelles, ces aéronefs fonctionnent avec des systèmes de propulsion hybride et opèreront à terme en automatique (c’est-à-dire sans pilote à bord) à partir d’une zone de poser ou plateforme, connue aujourd’hui sous différentes appellations, comme skyport, vertiport ou droneport. De plus, ces aéronefs VTOL hybrides sont prévus pour voler, avec ou sans passager à bord (en cas de transport de marchandises), dans des zones de trafic aérien dense soumis à une règlementation de circulation aérienne devant être conforme à minima aux mêmes obligations règlementaires que les aéronefs pilotés.
On connait avec le brevet FR3019358 un procédé de gestion de l’énergie embarquée, propulsive et non propulsive, qui vise à alléger la charge de travail du pilote d’un aéronef en lui proposant différentes stratégies et des solutions optimales de configuration des moteurs de cet aéronef.
Toutefois, un tel procédé qui implique nécessairement la présence d’un pilote ne prend pas en compte l’ensemble des contraintes liées à une gestion autonome sans pilote. Il apparait donc très peu adapté aux aéronefs VTOL, notamment à propulsion hybride, dont le système énergétique doit suivre automatiquement et en temps réel les conditions de vol comme les contraintes règlementaires de sécurité, environnementales et économiques.
La présente invention se propose de pallier les inconvénients précédents avec un système de gestion automatique de l’énergie embarquée sur un aéronef VTOL hybride sans pilote, qui prenne en compte toutes ces contraintes.
Pour ce faire, il est divulgué un aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) comportant un générateur d’électricité à moteur thermique, un ensemble de stockage d’énergie électrique, une motorisation électrique de propulseurs assurant la propulsion et/ou la sustentation de l’aéronef et un système de gestion d’énergie embarqué sélectionnant automatiquement la source d’énergie à délivrer aux propulseurs la plus adaptée en fonction d’un plan de vol prédéterminé, de la masse de l’aéronef et des ressources en énergie électrique et carburant disponibles, caractérisé en ce que le système de gestion d’énergie embarqué comporte un calculateur configuré pour : acquérir des données représentatives de contraintes de sécurité, de contraintes environnementales, et de contraintes économiques, déterminer un trajet optimal entre un point de départ et un point d’arrivée en fonction des données ainsi acquises, estimer les consommations d’énergie électrique ou de carburant nécessaires pour parcourir ce trajet optimal, comparer les consommations ainsi obtenues avec les ressources en énergie électrique et carburant disponibles, et activer sélectivement le moteur thermique dont il assure le contrôle et la surveillance, et/ou l’ensemble de stockage d’énergie électrique lors de ce trajet optimal, le calculateur étant en outre configuré pour couper le moteur thermique lors du décollage et de l’atterrissage de l’aéronef et lors d’un passage dans une zone règlementée interdisant les nuisances sonores et les émissions de polluants.
Ainsi, la prise en compte des paramètres de masse, de niveaux d’énergie et de plan de vol permet d’optimiser de manière autonome la consommation et la recharge énergétique comme la signature acoustique, et assurer le respect des règlements (survol de zones réglementées où les nuisances sonores et les émissions polluantes sont sous contraintes) lors du vol de l’aéronef.
De préférence, le calculateur est configuré pour, lors du passage dans la zone réglementée, gérer l’emploi d’atténuateurs de signature acoustique tels que des carénages de nacelles déployables.
Avantageusement, le trajet optimal est un trajet moins disant en termes de temps de vol, de consommation d’énergie ou de coût de transport.
De préférence, les contraintes de sécurité comprennent un nombre de passagers et colis transportés et des réserves obligatoires de recharge électriques et de carburant, les contraintes environnementales comprennent une cartographie des zones survolées et des données météorologiques telles que la pression atmosphérique, la température et la vitesse des vents, et les contraintes économiques comprennent un ravitaillement en carburant et/ou en recharge électrique au niveau des différents vertiports accessibles dans le rayon d’action de l’aéronef en fonction de l’énergie embarquée disponible.
L’aéronef selon l’invention comporte en outre un capteur de position de type GPS ou analogue pour déterminer en temps réel la position de l’aéronef, un capteur de masse pour déterminer la masse au décollage de l’aéronef, et une jauge de niveau pour déterminer en temps réel la ressource en carburant ainsi que le calculateur. Celui-ci est configuré pour déterminer en temps réel la capacité résiduelle de l’ensemble de stockage d’énergie électrique.
De préférence, le calculateur intègre un module de gestion de vol (FMS) pour recevoir d’une station de contrôle du trafic aérien (ATC) le plan de vol prédéterminé comportant les points de départ et d’arrivée et la zone réglementée survolée.
Avantageusement, le calculateur comporte également une fonction de calculateur de pleine autorité (ou FADEC) assurant le fonctionnement et la surveillance du générateur d’électricité à moteur thermique.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée faite ci-dessous, en référence aux figures suivantes dépourvues de tout caractère limitatif et sur lesquelles :
La figure 1 illustre schématiquement un aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) à propulsion hybride comportant un générateur d’électricité à moteur thermique, un ensemble rechargeable de stockage d’énergie électrique, une motorisation électrique des propulseurs assurant la propulsion et/ou la sustentation de l’aéronef et un système de gestion d’énergie embarquée sélectionnant automatiquement et en temps réel la source d’énergie la plus adaptée à délivrer aux propulseurs en fonction du plan de vol (cartographie des zones survolées, conditions environnementales), de la masse de l’aéronef (nombre de passagers et fret transporté) et de l’énergie disponible (ressource électrique et carburant y compris les réserves réglementaires).
Plus précisément ce VTOL hybride 10 comprend au moins un générateur d’électricité 12, génératrice ou selon le cas démarreur/générateur électrique, mû par un moteur thermique 14, par exemple une turbomachine (turbine à gaz ou tout autre moteur à combustion interne du type à pistons ou rotatif par exemple) à turbine libre ou liée. Le moteur thermique 14 est alimenté par un carburant stocké dans le réservoir 16 dont la quantité disponible est surveillée par une jauge de niveau 18, et le générateur électrique 12 recharge à la demande un stockeur d’énergie électrique 20, par exemple une unité de batteries et/ou de supercondensateurs. En cas d’utilisation de certains carburants (méthanol ou méthane par exemple), une pile à combustible peut optionnellement faire office de stockeur d’énergie en générant l’énergie électrique directement à partir du carburant stocké dans le réservoir 16. Toutefois, une telle pile à combustible n’est alors pas rechargeable.
La recharge du stockeur d’énergie électrique 20 par le générateur électrique 12 est assurée par un module de puissance 22 auquel le stockeur et le générateur sont reliés et qui assure également l’alimentation en puissance d’un ou plusieurs propulseurs électriques 24 constitué chacun d’au moins un rotor 26 mû par un moteur électrique 28, éventuellement via un réducteur 30. Pour la simplification des dessins, seul un propulseur électrique est représenté mais il est entendu que l’invention s’applique sans distinction à un plus grand nombre de propulseurs, typiquement de deux à douze ou plus par exemple. Le rotor pouvant être simple ou double de type contrarotatif.
Le fonctionnement et le contrôle du système de gestion automatique d’énergie, c’est-à-dire le choix de la source d’énergie (générateur d’électricité ou ensemble de stockage d’énergie électrique) à utiliser par le ou les propulseurs électriques 24 est assuré par un calculateur 32 selon une logique de gestion qui sera décrite plus loin en regard de la figure 3. Ce calculateur inclut typiquement le FADEC (ou calculateur de pleine autorité) qui assure donc également le fonctionnement et la surveillance du générateur d’électricité à moteur thermique (ou turbogénérateur) mais il peut aussi être hébergé par un module supplémentaire dédié et séparé du FADEC.
Afin de déterminer la masse au décollage de l’aéronef, l’aéronef 10 est en outre doté d’au moins un capteur de masse 34 disposé avantageusement dans son train d’atterrissage 36 supportant la cellule de l’aéronef 38. Enfin, l’aéronef est équipé d’un système de gestion de vol FMS 40 qui reçoit notamment les données de localisation de l’aéronef d’un capteur GPS ou analogue 42 et, entre autres fonctions, assure l’interface (pour les échanges de données externes) avec une station au sol 44 de contrôle du trafic aérien ATC (pour Air Traffic Control) ou des vertiports.
On notera que si, dans la description qui précède, le module de puissance 22, le calculateur 32 assurant ici également le rôle de FADEC, et le module de gestion de vol 40 ont été décrit comme des modules distincts, il est bien entendu possible de regrouper tous ces moyens de calcul et/ou de gestion en un seul composant 46, ou encore de regrouper les fonctions basses puissances assurée par le calculateur 32 et le module de gestion de vol 40 dans un module distinct 48 en gardant l’alimentation en puissance et la recharge stockeur assurée par le module de puissance 22, ségréguée alors dans un boîtier dédié.
La figure 2 montre un extrait d’une cartographie aérienne sur laquelle figure quatre vertiports A, B, C et D et une zone réglementée 100 dans laquelle existent des contraintes environnementales en termes de bruit perçus par les riverains (nuisances sonores) ou d’émission de polluants qui interdisent un fonctionnement du moteur thermique et obligent à un survol de l’aéronef VTOL en mode électrique uniquement .
Le fonctionnement du système embarqué de gestion automatique d’énergie de l’invention est maintenant décrit en regard de la figure 3 dans le cadre d’un vol entre le vertiport A et le vertiport B.
La première étape 200 consiste à recueillir un certain nombre de données permettant de déterminer dans une étape suivante 210 le trajet optimal (c’est-à-dire le moins disant en termes de temps de vol, de consommation d’énergie ou de coût de transport) entre ces deux vertiports en fonction de ces données acquises. Ces données concernent à la fois les paramètres du vol (points de départ et d’arrivée, nombre de passagers et de bagages ou nombre de colis, créneau horaire demandé), les paramètres environnementaux (cartographie des zones survolées, données ou cartes météorologiques (pression atmosphérique, température, vitesse des vents), ravitaillement en carburant et en recharge électrique au niveau des différents vertiports concernés par les zones survolées ou dans le rayon d’action de l’aéronef en fonction de l’énergie embarquée disponible, les paramètres économiques (prix des recharges électriques et du carburant, coût de la maintenance, amortissements) et les paramètres de l’aéronef (position, masse embarquée, carburant disponible et niveau du stockeur d’énergie obtenu avantageusement par un simple décompte du consommé depuis la dernière recharge).
Les paramètres de vol et les paramètres environnementaux et économiques sont délivrés par la station 44 de contrôle du trafic aérien ou des vertiports au module de gestion de vol 40 qui reçoit en outre directement de l’aéronef ses propres paramètres (les données relatives à la recharge et au ravitaillement peuvent toutefois être reçues directement des vertiports concernés). A partir de ces différentes données, qui constituent autant de contraintes à respecter, le module de gestion de vol 40 va alors déterminer le trajet optimal entre les deux vertiports.
Sur la base de ce trajet optimal, le calculateur 32 va dans une nouvelle étape 220 estimer la consommation d’énergie électrique ou de carburant nécessaires pour chaque configuration de motorisation de l’aéronef VTOL, c’est à dire à la fois en mode tout électrique, où le moteur électrique 28 est alimenté par le seul stockeur d’énergie 20 (est inclus dans ce mode le cas où le moteur électrique est alimenté depuis une pile à combustible qui consomme alors du carburant et non de l’énergie électrique), en mode tout thermique, où seul le turbogénérateur 12, 14 alimenté depuis le réservoir de carburant 16 commande le propulseur électrique 24, et en mode mixte électrique/thermique où stockeur d’énergie et turbogénérateur sont actifs successivement ou simultanément pour la commande du propulseur électrique.
Dans une étape de test suivante 230, le calculateur 32 va comparer les différents résultats obtenus avec les ressources en énergie électrique et carburant dont dispose l’aéronef VTOL et décider si le trajet entre les vertiports A et B est possible dans l’une au moins des trois configurations de motorisation précitées.
Si la réponse à ce test est positive, alors, dans une étape 240, le calculateur 32 en liaison avec le module de gestion de vol 40 et en fonction de la géolocalisation de l’aéronef VTOL fourni par le capteur 42 assurera le suivi du trajet et la commande au travers du module de puissance 22 du moteur électrique depuis le stockeur d’énergie ou depuis le turbogénérateur dont il commandera en outre la mise en route ou l’arrêt, ou depuis les deux. Pendant tout le trajet, la modification des conditions météo, par exemple l’arrivée d’une composante de vent contraire, pourra entrainer du fait d’une majoration de la consommation énergétique en résultant (par exemple de 10%) une modification de la répartition des sources d’énergie. De préférence, pour limiter les nuisances sonores, les phases de décollage et d’atterrissage seront effectuées en mode tout électrique à partir du seul stockeur d’énergie électrique 20. En fin de vol, une demande de recharge électrique ou de ravitaillement en carburant sera effectuée auprès du vertiport B.
Si le trajet implique le survol d’une zone réglementée comme la zone 100, il sera avantageusement prévu dans une étape optionnelle 245 que le module de gestion de vol 40 assure aussi la gestion de l’emploi d’atténuateurs de signature acoustique tels des carénages de nacelles déployables par exemple (voir la référence 50 à la figure 1), à moins qu’il ne soit décider d’un détournement du trajet pour éviter le survol de cette zone réglementée. On peut noter que l’emploi d’atténuateurs sera de préférence privilégié au détriment de la performance de l’aéronef VTOL lors du survol d’une telle zone à réduction de nuisances sonores ou d’émissions de polluants.
Au contraire, si la réponse au test de l’étape 230 est négative, il sera procédé à un nouveau test à l’étape 250 pour déterminer s’il ne serait pas alors possible de procéder à une recharge électrique ou un ravitaillement en carburant sur le vertiport A, de telle sorte à satisfaire les besoins électriques et/ou en carburant nécessaires pour effectuer le trajet requis. Si cela s’avère possible cette recharge et/ou ce ravitaillement seront réalisés dans une étape suivante 260 et, une fois terminés, il sera fait retour à l’étape 210 pour un nouveau calcul du trajet optimal, les paramètres de vol ou environnementaux comme ceux de l’aéronef ayant évolués du fait notamment du report du plan de vol et du ravitaillement.
Il est fait retour à la figure 2 pour décrire maintenant plus précisément un exemple de mise en œuvre de l’invention sur la base de deux scénarios alternatifs, l’un correspondant à un vol direct entre le vertiport A et le vertiport B et l’autre à un vol entre les vertiports A et B via le vertiport C.
Dans ce premier scénario, le vol direct du vertiport A vers le vertiport B est possible selon le plan de vol autorisé par l’ATC. Il faut alors distinguer selon que celui-ci peut être réalisé 1) en tout électrique, 2) en électrique uniquement entre les points GPS1 et GPS2 correspondant à une zone 100 où les émissions sonores ou polluantes sont interdites, et 3) en mode mixte électrique/thermique ou tout thermique.
Dans le mode tout électrique, on doit considérer si une fois le vol achevé la recharge électrique au vertiport B est possible et avantageuse économiquement ou bien si elle est impossible ou désavantageuse, selon les informations de prix et de disponibilité reçues des différentes stations 44 des vertiports.
En effet, si la recharge est possible, alors le vol vers le vertiport B est effectué selon le premier itinéraire 110 en mode tout électrique. La gestion du mode électrique est assurée par le calculateur 32 qui procède notamment à une évaluation de la charge électrique résiduelle à l’arrivée au vertiport B avec une demande de recharge.
Si, par contre, la recharge électrique au vertiport B est impossible ou désavantageuse économiquement, alors il est décidé d’utiliser au mieux les ressources électriques en activant le mode électrique uniquement au survol de la zone 100 entre les points GPS1 et GPS2, le calculateur 32 démarrant après le décollage et gérant le moteur thermique entre le vertiport A et GPS1, coupant le moteur thermique au passage de GPS1 et transférant la génération électrique au stockeur électrique 20 puis entre GPS2 et le vertiport B, transférant la génération électrique sur le mode thermique au passage de GPS2 et redémarrant le moteur thermique. Comme précédemment, il est procédé également à une évaluation de la quantité résiduelle de carburant au vertiport B et une demande éventuelle de ravitaillement carburant est alors sollicitée à ce vertiport.
Dans le mode mixte électrique/thermique ou tout thermique (aussi valable si le survol de la zone 100 entre GPS1 et GPS2 est impossible), le module de gestion de vol 40 détermine si un déroutement par un second itinéraire 120 est possible et si oui transmet le résultat de son calcul au calculateur 32 qui démarre et gère le moteur thermique entre les vertiport A et vertiport B, le décollage et l’atterrissage étant toutefois effectués préférentiellement en mode électrique. Si un tel déroutement n’est pas possible, une demande de ravitaillement et/ou de recharge au départ de vertiport A est effectuée si cela s’avère plus avantageux économiquement et que cela ne pose pas de contraintes en termes de plan de vol (selon ATC).
Dans le second scénario, le vol direct du vertiport A vers le vertiport B est impossible (ni en électrique, ni en mixte ni en thermique), en revanche un vol vers le vertiport C estimé par le module de gestion de vol 40 et transmis au calculateur 32 est possible selon trois modes différents.
Un premier mode tout électrique est possible vers le vertiport C. Dans ce mode, et si le ravitaillement électrique au vertiport C est possible et avantageux économiquement, alors il est procédé à un vol vers ce vertiport C par le troisième itinéraire 130 en mode électrique géré par le calculateur 32 et une évaluation de la charge électrique résiduelle au vertiport C et une demande de recharge à ce vertiport est effectuée. Si, par contre, le ravitaillement électrique au vertiport C est impossible ou désavantageux, le calculateur 32 démarre et gère le moteur thermique entre les vertiports A et C utilisant ainsi les ressources électriques au mieux. Il est effectué une évaluation de la quantité résiduelle de carburant au vertiport C et une demande de complément de ravitaillement carburant à ce vertiport. Le vol se poursuit ensuite vers le vertiport B par l’itinéraire 140 ou une demande d’un nouveau déroutement est effectuée si le vol sur le vertiport B est toujours impossible.
Un deuxième mode mixte uniquement, est aussi possible vers le vertiport C avec décollage et atterrissage en mode électrique puis passage en mode thermique par le calculateur 32 qui démarre et gère le moteur thermique entre les vertiports A et C. Il est aussi évalué la quantité de carburant et la charge résiduelle au vertiport C et une demande de ravitaillement/recharge au vertiport C. Le vol se poursuit ensuite vers le vertiport B ou une demande d’un nouveau déroutement est effectuée si le vol sur le vertiport B est toujours impossible.
Enfin un troisième mode thermique uniquement, est possible vers le vertiport C (avec ravitaillement possible à ce vertiport), le calculateur 32 démarrant et gérant le moteur thermique entre les vertiports A et C, une évaluation de la quantité résiduelle de carburant en C et une demande de ravitaillement étant également effectuées. Le vol se poursuit ensuite vers le vertiport B ou une demande d’un nouveau déroutement est effectuée si le vol sur le vertiport B s’avère toujours impossible.
On notera qu’une demande de ravitaillement et/ou de recharge au départ du vertiport A peut aussi être effectuée si elle s’avère plus avantageuse économiquement que le vol vers le vertiport C et qu’il n’existe pas de contraintes sur le plan de vol.
Avec l’invention, on réalise une optimisation de la signature acoustique au-dessus des zones survolées et une optimisation économique en fonction des coûts de l’énergie embarquée et des coûts de maintenance de l’installation énergétique embarquée.
Claims (10)
- Aéronef à décollage et atterrissage verticaux (VTOL) comportant un générateur d’électricité à moteur thermique, un ensemble de stockage d’énergie électrique, une motorisation électrique de propulseurs assurant la propulsion et/ou la sustentation de l’aéronef et un système de gestion d’énergie embarqué sélectionnant automatiquement la source d’énergie à délivrer aux propulseurs la plus adaptée en fonction d’un plan de vol prédéterminé, de la masse de l’aéronef et des ressources en énergie électrique et carburant disponibles, caractérisé en ce que le système de gestion d’énergie embarqué comporte un calculateur (22, 32, 40) configuré pour :
- acquérir des données représentatives de contraintes de sécurité, de contraintes environnementales, et de contraintes économiques,
- déterminer un trajet optimal entre un point de départ et un point d’arrivée en fonction des données ainsi acquises,
- estimer les consommations d’énergie électrique ou de carburant nécessaires pour parcourir ce trajet optimal,
- comparer les consommations ainsi obtenues avec les ressources en énergie électrique (20) et carburant (16) disponibles, et
- activer sélectivement le moteur thermique (14) dont il assure le contrôle et la surveillance, et/ou l’ensemble de stockage d’énergie électrique (20) lors de ce trajet optimal, le calculateur étant en outre configuré pour couper le moteur thermique lors du décollage et de l’atterrissage de l’aéronef et lors d’un passage dans une zone règlementée (50) interdisant les nuisances sonores et les émissions de polluants. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur est configuré pour, lors du passage dans la zone réglementée, gérer l’emploi d’atténuateurs de signature acoustique (50) tels que des carénages de nacelles déployables.
- Aéronef selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le trajet optimal est un trajet moins disant en termes de temps de vol, de consommation d’énergie ou de coût de transport.
- Aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les contraintes de sécurité comprennent un nombre de passagers et colis transportés et des réserves obligatoires de recharge électriques et de carburant.
- Aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les contraintes environnementales comprennent une cartographie des zones survolées et des données météorologiques telles que la pression atmosphérique, la température et la vitesse des vents.
- Aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les contraintes économiques comprennent un ravitaillement en carburant et/ou en recharge électrique au niveau des différents vertiports accessibles dans le rayon d’action de l’aéronef en fonction de l’énergie embarquée disponible.
- Aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un capteur de position (42) de type GPS ou analogue pour déterminer en temps réel la position de l’aéronef et un capteur de masse (34) pour déterminer la masse au décollage de l’aéronef.
- Aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une jauge de niveau (18) pour déterminer en temps réel la ressource en carburant et le calculateur est configuré pour déterminer en temps réel la capacité résiduelle de l’ensemble de stockage d’énergie électrique.
- Aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le calculateur intègre un module de gestion de vol (FMS 40) pour recevoir d’une station de contrôle du trafic aérien (ATC 44) le plan de vol prédéterminé comportant les points de départ et d’arrivée et la zone réglementée survolée.
- Aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le calculateur comporte également une fonction de calculateur de pleine autorité (ou FADEC) assurant le fonctionnement et la surveillance du générateur d’électricité à moteur thermique.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1901507A FR3092926B1 (fr) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | Aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride muni d’un système de gestion automatique d’énergie embarqué |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1901507 | 2019-02-14 | ||
FR1901507A FR3092926B1 (fr) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | Aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride muni d’un système de gestion automatique d’énergie embarqué |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3092926A1 true FR3092926A1 (fr) | 2020-08-21 |
FR3092926B1 FR3092926B1 (fr) | 2021-02-26 |
Family
ID=67383907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1901507A Active FR3092926B1 (fr) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | Aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride muni d’un système de gestion automatique d’énergie embarqué |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3092926B1 (fr) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220185489A1 (en) * | 2019-05-06 | 2022-06-16 | Safran Helicopter Engines | Hybrid propulsion system for vertical take-off and landing aircraft |
FR3123324A1 (fr) * | 2021-05-31 | 2022-12-02 | Airbus Helicopters | Procédé d’aide au pilotage d’un giravion en hautes altitudes grâce à l’apport d’une puissance mécanique provenant d’une installation motrice électrique |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110024555A1 (en) * | 2009-01-27 | 2011-02-03 | Kuhn Jr Ira Francis | Purebred and Hybrid Electric VTOL Tilt Rotor Aircraft |
FR3019358A1 (fr) | 2014-03-27 | 2015-10-02 | Turbomeca | Procede de gestion globale optimisee d'un reseau energetique d'un aeronef et dispositif correspondant |
US20160221683A1 (en) * | 2014-05-19 | 2016-08-04 | Google Inc. | Hybrid Power Systems for Vehicle with Hybrid Flight Modes |
KR20170010295A (ko) * | 2016-05-12 | 2017-01-26 | 주식회사 한국카본 | 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 |
US20180134400A1 (en) * | 2014-08-29 | 2018-05-17 | Zunum Aero, Inc. | System and methods for implementing regional air transit network using hybrid-electric aircraft |
US20180134384A1 (en) * | 2015-08-14 | 2018-05-17 | Prodrone Co., Ltd. | Electricity generating apparatus and unmanned aerial vehicle equipped with same |
US20180194484A1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-07-12 | Aurora Flight Sciences Corporation | Vertical Lift by Series Hybrid-Propulsion |
US20180327081A1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-11-15 | Embry-Riddle Aeronautical University, Inc. | Systems and methods for noise mitigation for hybrid and electric aircraft |
-
2019
- 2019-02-14 FR FR1901507A patent/FR3092926B1/fr active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110024555A1 (en) * | 2009-01-27 | 2011-02-03 | Kuhn Jr Ira Francis | Purebred and Hybrid Electric VTOL Tilt Rotor Aircraft |
FR3019358A1 (fr) | 2014-03-27 | 2015-10-02 | Turbomeca | Procede de gestion globale optimisee d'un reseau energetique d'un aeronef et dispositif correspondant |
US20160221683A1 (en) * | 2014-05-19 | 2016-08-04 | Google Inc. | Hybrid Power Systems for Vehicle with Hybrid Flight Modes |
US20180134400A1 (en) * | 2014-08-29 | 2018-05-17 | Zunum Aero, Inc. | System and methods for implementing regional air transit network using hybrid-electric aircraft |
US20180134384A1 (en) * | 2015-08-14 | 2018-05-17 | Prodrone Co., Ltd. | Electricity generating apparatus and unmanned aerial vehicle equipped with same |
KR20170010295A (ko) * | 2016-05-12 | 2017-01-26 | 주식회사 한국카본 | 하이브리드 전기 추진시스템을 이용하는 수직이착륙 항공기 |
US20180194484A1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-07-12 | Aurora Flight Sciences Corporation | Vertical Lift by Series Hybrid-Propulsion |
US20180327081A1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-11-15 | Embry-Riddle Aeronautical University, Inc. | Systems and methods for noise mitigation for hybrid and electric aircraft |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220185489A1 (en) * | 2019-05-06 | 2022-06-16 | Safran Helicopter Engines | Hybrid propulsion system for vertical take-off and landing aircraft |
US12012214B2 (en) * | 2019-05-06 | 2024-06-18 | Safran Helicopter Engines | Hybrid propulsion system for vertical take-off and landing aircraft |
FR3123324A1 (fr) * | 2021-05-31 | 2022-12-02 | Airbus Helicopters | Procédé d’aide au pilotage d’un giravion en hautes altitudes grâce à l’apport d’une puissance mécanique provenant d’une installation motrice électrique |
EP4099128A1 (fr) | 2021-05-31 | 2022-12-07 | Airbus Helicopters | Procede d aide au pilotage d'un giravion en hautes altitudes grace a l'apport d'une puissance mecanique provenant d'une installation motrice electrique |
US11787532B2 (en) | 2021-05-31 | 2023-10-17 | Airbus Helicopters | Method for assisting the piloting of a rotorcraft at high altitudes by supplying mechanical power from an electrical power plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3092926B1 (fr) | 2021-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11866184B2 (en) | System and methods for implementing regional air transit network using hybrid-electric aircraft | |
US9376208B1 (en) | On-board redundant power system for unmanned aerial vehicles | |
EP2684798B1 (fr) | Architecture d'alimentation hybride en puissance mécanique d'un rotor, gérée à partir du réseau de bord d'un giravion | |
EP2551836B1 (fr) | Procédé et dispositif de gestion optimisée de la trajectoire verticale d'un aéronef | |
EP3095695B1 (fr) | Procede pour activer un moteur electrique d'une installation hybride d'un aeronef multimoteur, et un aeronef | |
CA2943486C (fr) | Dispositif d'assistance pour une turbomachine a turbine libre d'un aeronef comprenant au moins deux turbomachines a turbine libre | |
EP3599140A1 (fr) | Procede et dispositif de gestion de l'energie d'une installation motrice hybride d'un aeronef multirotor | |
FR3066983B1 (fr) | Methode de gestion et architecture de systeme de propulsion hybride | |
FR2997382A1 (fr) | Procede de gestion d'une panne moteur sur un aeronef multimoteur muni d'une installation motrice hybride | |
EP3546366B1 (fr) | Unité de propulsion à hélice comprenant un moteur thermique et un moteur électrique et aéronef comportant une telle unité de propulsion à hélice | |
FR3092926A1 (fr) | Aéronef à décollage et atterrissage verticaux à propulsion hybride muni d’un système de gestion automatique d’énergie embarqué | |
CA2914164A1 (fr) | Aeronef et procede d'amenagement d'un tel aeronef | |
FR2944634A1 (fr) | Procede de determination de la quantite de carburant emportee dans un aeronef permettant la tenue d'une contrainte de temps de type rta | |
EP3967598A1 (fr) | Procédé et dispositif de gestion de l'énergie fournie par une installation motrice hybride pour giravion | |
EP4099128B1 (fr) | Procede d aide au pilotage d'un giravion en hautes altitudes grace a l'apport d'une puissance mecanique provenant d'une installation motrice electrique | |
EP3007972A1 (fr) | Avion à dispositif d'assistance au décollage et procédé de mise en oeuvre | |
FR2976555A1 (fr) | Recuperation d'energie electrique sur une helice d'aeronef | |
Rezende | General Aviation Electrification: Challenges on the transition to new technologies | |
FR3143166A1 (fr) | Procédé de modélisation et de prédiction de la consommation électrique d'un aéronef comprenant au moins un moteur électrique, le long d'un plan de vol | |
US20230230488A1 (en) | Computer-implemented methods of enabling optimisation of trajectory for a vehicle | |
US20230146869A1 (en) | Computer-implemented methods for enabling optimisation of derate for a propulsion system of a vehicle | |
FR3120053A1 (fr) | Procede pour faire fonctionner un aeronef en fonction d’un mode de fonctionnement | |
WO2024099725A1 (fr) | Dispositif et procede de gestion de la consommation de l'energie de propulsion d'un aeronef | |
Visser | Refueling of commercial aircraft |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200821 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |