FR3143546A1 - PROPELLER SYNCHROPHASING FOR AN AIRCRAFT - Google Patents
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Abstract
Dispositif de synchrophasage d’hélices pour un aéronef comportant au moins deux hélices (12a, 12b), au moins deux machines électriques (2a, 2b) pour entraîner en rotation les hélices, au moins deux modules de commande en vitesse (3a, 3b) pour commander les machines électriques, de manière à asservir en vitesse les hélices, le dispositif de synchrophasage comportant - des capteurs de mesure (20) d’un déphasage entre les hélices, - un organe de coordination centrale (14) configuré pour recevoir une consigne de déphasage, pour calculer une différence entre la mesure de déphasage et la consigne de déphasage, pour déterminer une consigne de vitesse pour les hélices à partir de la différence calculée et pour transmettre la consigne de vitesse aux modules de commande en vitesse des machines électriques, les modules de commande en vitesse (3a, 3b) étant configurés pour commander la vitesse des hélices en fonction de la consigne de vitesse. Figure pour l’abrégé : 2Propeller synchronization device for an aircraft comprising at least two propellers (12a, 12b), at least two electrical machines (2a, 2b) for rotating the propellers, at least two speed control modules (3a, 3b) to control electrical machines, so as to control the speed of the propellers, the synchrophasing device comprising - sensors measuring (20) a phase shift between the propellers, - a central coordination member (14) configured to receive a setpoint phase shift, to calculate a difference between the phase shift measurement and the phase shift setpoint, to determine a speed setpoint for the propellers from the calculated difference and to transmit the speed setpoint to the speed control modules of the electrical machines, the speed control modules (3a, 3b) being configured to control the speed of the propellers as a function of the speed setpoint. Figure for abstract: 2
Description
La présente invention concerne le domaine des turbomachines et a plus précisément pour objet un dispositif de synchrophasage entre hélices d’un aéronef comportant une turbomachine intégrant une machine électrique ainsi qu’un procédé de synchrophasage et un aéronef comprenant un tel dispositif.The present invention relates to the field of turbomachines and more precisely relates to a device for synchrophasing between propellers of an aircraft comprising a turbomachine integrating an electric machine as well as a synchrophasing method and an aircraft comprising such a device.
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.Climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various restrictions on carbon emissions have been, are or will be adopted by various states. In particular, an ambitious standard applies both to new types of aircraft but also to those currently in circulation requiring the implementation of technological solutions in order to make them compliant with current regulations. Civil aviation has been mobilizing for several years now to make a contribution to the fight against climate change.
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.Technological research efforts have already made it possible to very significantly improve the environmental performance of aircraft. The Applicant takes into consideration the impacting factors in all phases of design and development to obtain aeronautical components and products that consume less energy, are more respectful of the environment and whose integration and use in civil aviation have moderate environmental impacts with the aim of improving the energy efficiency of aircraft.
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.Consequently, the Applicant is constantly working to reduce its climate impact through the use of methods and the exploitation of virtuous development and manufacturing processes and minimizing greenhouse gas emissions to the minimum possible to reduce of the environmental footprint of its activity.
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.This sustained research and development work concerns new generations of aircraft engines, the reduction of aircraft weight, particularly through the materials used and lightweight on-board equipment, and the development of the use of electrical technologies to ensure propulsion, and, essential complements to technological progress, aeronautical biofuels.
Le document FR 3 116 303, déposé au nom de Safran Helicopter Engines, décrit la possibilité d’équiper un aéronef avec une turbomachine, telle qu’un turbopropulseur, intégrant à la fois une turbine à gaz dans une partie thermique et une machine électrique tournante dans une partie électrique. La partie thermique et la partie électrique permettent un fonctionnement hybride de la turbomachine. La machine électrique tournante permet à la fois d’offrir une fonction de génération d’électricité, en mode génératrice, pour alimenter l’aéronef en électricité, et une fonction de propulsion dans le cadre de déplacements au sol de l’aéronef, notamment les déplacements de type taxiage.Document FR 3 116 303, filed in the name of Safran Helicopter Engines, describes the possibility of equipping an aircraft with a turbomachine, such as a turboprop, integrating both a gas turbine in a thermal part and a rotating electrical machine in an electrical part. The thermal part and the electrical part allow hybrid operation of the turbomachine. The rotating electric machine makes it possible both to offer an electricity generation function, in generator mode, to supply the aircraft with electricity, and a propulsion function in the context of ground movements of the aircraft, in particular the taxiage type travel.
Afin d’assurer l’acceptabilité de l’entrée sur le marché des nouveaux aéronefs à propulsion électrique distribuée ou à propulsion hybride électrique distribuée, dans le cas d’un turbopropulseur comportant au moins deux hélices, une fonction indispensable est le synchrophasage entre hélices permettant un contrôle actif du bruit du turbopropulseur.In order to ensure the acceptability of entry into the market of new aircraft with distributed electric propulsion or distributed hybrid electric propulsion, in the case of a turboprop comprising at least two propellers, an essential function is synchronization between propellers allowing active control of turboprop noise.
En effet, il est indispensable que ce type d’aéronef ait une signature sonore d’amplitude au maximum égale aux turbopropulseurs purement thermiques. Une réduction significative du bruit, d’environ 25dB pour un niveau sonore habituel ressenti à l’intérieur de l’avion pouvant aller de 85 à 100dB, est recherchée par rapport aux turbopropulseurs actuels.Indeed, it is essential that this type of aircraft has a sound signature of maximum amplitude equal to purely thermal turboprop engines. A significant reduction in noise, of around 25dB for a usual noise level felt inside the aircraft which can range from 85 to 100dB, is sought compared to current turboprops.
Des méthodes de synchrophasage conventionnelles régulent la vitesse des hélices via leur système de régulation, comme décrit par exemple dans EP3626628. Dans ce document, des capteurs détectent un niveau de vibration associé à un premier moteur d'aéronef et un second moteur d'aéronef. Une augmentation momentanée de la vitesse de fonctionnement du second moteur d'avion est commandée en fonction du niveau de vibration détecté.Conventional synchrophasing methods regulate the speed of the propellers via their regulation system, as described for example in EP3626628. In this document, sensors detect a vibration level associated with a first aircraft engine and a second aircraft engine. A momentary increase in operating speed of the second aircraft engine is controlled based on the detected vibration level.
Les meilleures performances en termes de synchrophasage d’hélices aujourd’hui atteintes correspondent à des erreurs d’au moins 1° entre la position de deux hélices.The best performances in terms of propeller synchronization achieved today correspond to errors of at least 1° between the position of two propellers.
Par ailleurs, les systèmes de propulsion électrique ou hybride thermique/électrique se développent et il est souhaité que les aéronefs ainsi équipés soient plus silencieux que les aéronefs purement thermiques, aussi bien pour le voisinage que pour les passagers.Furthermore, electric or hybrid thermal/electric propulsion systems are developing and it is desired that aircraft thus equipped are quieter than purely thermal aircraft, both for the neighborhood and for the passengers.
Le problème technique à résoudre est l’amélioration de la précision du synchrophasage entre hélices, dans le cas d’un aéronef à propulsion électrique ou hybride thermique/électrique.The technical problem to be solved is the improvement of the precision of the synchronization between propellers, in the case of an aircraft with electric or thermal/electric hybrid propulsion.
L’invention vise à résoudre les problèmes susmentionnés de la technique antérieure en fournissant un dispositif de synchrophasage d’hélices pour un aéronef, l’aéronef comportant au moins deux hélices, au moins deux machines électriques aptes à entraîner en rotation les au moins deux hélices, respectivement, au moins deux modules de commande en vitesse aptes à commander les au moins deux machines électriques, respectivement, de manière à asservir en vitesse les au moins deux hélices, respectivement,The invention aims to resolve the aforementioned problems of the prior art by providing a propeller synchronization device for an aircraft, the aircraft comprising at least two propellers, at least two electrical machines capable of rotating the at least two propellers , respectively, at least two speed control modules capable of controlling the at least two electrical machines, respectively, so as to control the speed of the at least two propellers, respectively,
le dispositif de synchrophasage comportantthe synchrophasing device comprising
- des capteurs de mesure d’un déphasage entre les au moins deux hélices,- sensors measuring a phase shift between the at least two propellers,
- un organe de coordination centrale configuré pour recevoir une consigne de déphasage, pour calculer une différence entre la mesure de déphasage et la consigne de déphasage, pour déterminer une consigne de vitesse pour les au moins deux hélices, respectivement, à partir de la différence calculée, la consigne de vitesse permettant de minimiser ladite différence, et pour transmettre la consigne de vitesse aux au moins deux modules de commande en vitesse des au moins deux machines électriques, respectivement,- a central coordination member configured to receive a phase shift setpoint, to calculate a difference between the phase shift measurement and the phase shift setpoint, to determine a speed setpoint for the at least two propellers, respectively, from the calculated difference , the speed setpoint making it possible to minimize said difference, and to transmit the speed setpoint to the at least two speed control modules of the at least two electric machines, respectively,
les au moins deux modules de commande en vitesse étant configurés pour commander la vitesse des au moins deux hélices en fonction de la consigne de vitesse, respectivement.the at least two speed control modules being configured to control the speed of the at least two propellers as a function of the speed setpoint, respectively.
Grâce à l’invention, il est possible de garantir une précision de synchrophasage d’hélices inférieure à 0.5° en vol calme, c’est-à-dire en cas de perturbation de couple aérodynamique sur chaque hélice d’environ 1.5% à des fréquences inférieures à 1Hz. Il est possible d’atteindre une précision de synchrophasage des hélices de l’ordre de 1° en vol turbulent, c’est-à-dire en cas de perturbation de couple aérodynamique sur chaque hélice d’environ 3% à des fréquences inférieures à 1Hz.Thanks to the invention, it is possible to guarantee a propeller synchronization precision of less than 0.5° in calm flight, that is to say in the event of a disturbance of aerodynamic torque on each propeller of approximately 1.5% at frequencies below 1Hz. It is possible to achieve a propeller synchronization accuracy of around 1° in turbulent flight, that is to say in the event of a disturbance of aerodynamic torque on each propeller of approximately 3% at frequencies lower than 1Hz.
L’invention permet de profiter avantageusement de l’existence, dans certaines architectures, d’une machine électrique connectée soit en direct à l’hélice (propulsion électrique) soit en hybridation parallèle avec une turbine à gaz (propulsion hybride).The invention makes it possible to advantageously take advantage of the existence, in certain architectures, of an electric machine connected either directly to the propeller (electric propulsion) or in parallel hybridization with a gas turbine (hybrid propulsion).
Les performances ainsi atteintes de synchrophasage des hélices permettent un contrôle du bruit tant pour le voisinage que pour les passagers. La dynamique de contrôle en vitesse d’une machine électrique et de son contrôle associé étant nettement plus importante que la dynamique de contrôle pour une turbine à gaz ou plus généralement d’un moteur thermique, les performances de réduction du bruit sont importantes.The propeller synchronization performances thus achieved allow noise control for both the neighborhood and the passengers. The speed control dynamics of an electric machine and its associated control being significantly greater than the control dynamics for a gas turbine or more generally a heat engine, the noise reduction performance is important.
Il est donc possible de réaliser un contrôle actif du bruit en mettant en œuvre une régulation en vitesse des hélices :It is therefore possible to achieve active noise control by implementing propeller speed regulation:
- au sol lorsque les avions se déplacent entre une zone de parking et une piste de décollage,- on the ground when planes move between a parking area and a takeoff runway,
- en vol en régime de croisière lorsque les avions passent au-dessus des villes ou zones règlementées en terme de bruit,- in flight at cruising speed when planes pass over towns or noise-regulated areas,
- en vol de croisière normal pour améliorer le confort des passagers.- in normal cruise flight to improve passenger comfort.
Selon une caractéristique préférée, chacune des au moins deux hélices est apte à être entraînée en rotation par une machine thermique et une machine électrique respectives, la gestion de la puissance mécanique fournie à chacune des hélices étant partagée entre la machine thermique et la machine électrique, la machine électrique assurant la fonction de synchrophasage des hélices en effectuant des variations de la puissance mécanique fournie, la machine électrique étant apte à alterner entre fonctionnement moteur et génératrice.According to a preferred characteristic, each of the at least two propellers is capable of being driven in rotation by a respective thermal machine and an electrical machine, the management of the mechanical power supplied to each of the propellers being shared between the thermal machine and the electrical machine, the electric machine ensuring the function of synchronizing the propellers by making variations in the mechanical power supplied, the electric machine being able to alternate between engine and generator operation.
Selon une caractéristique préférée, l’organe de coordination centrale est intégré à un module pré-existant dans l’aéronef.According to a preferred characteristic, the central coordination body is integrated into a pre-existing module in the aircraft.
Selon une caractéristique préférée, les au moins deux modules de commande en vitesse sont respectivement intégrés dans un convertisseur inclus dans chacune des au moins deux machines électriques.According to a preferred characteristic, the at least two speed control modules are respectively integrated into a converter included in each of the at least two electrical machines.
Selon une caractéristique préférée, les capteurs de mesure d’un déphasage entre les au moins deux hélices sont choisis parmi des capteurs inductifs, magnétiques ou optiques.According to a preferred characteristic, the sensors for measuring a phase shift between the at least two propellers are chosen from inductive, magnetic or optical sensors.
Selon une caractéristique préférée, la liaison mécanique entre le moyeu de chacune des au moins deux hélices et le rotor de chacune des au moins deux machines électriques respectives est rigide.According to a preferred characteristic, the mechanical connection between the hub of each of the at least two propellers and the rotor of each of the at least two respective electrical machines is rigid.
Selon une caractéristique préférée, chacune des au moins deux hélices est à pas variable ou à pas fixe.According to a preferred characteristic, each of the at least two propellers has variable pitch or fixed pitch.
Selon une caractéristique préférée, l’organe de coordination centrale est configuré pour transmettre la consigne de vitesse aux au moins deux modules de commande en vitesse selon une période comprise entre 10 et 30 ms.According to a preferred characteristic, the central coordination member is configured to transmit the speed instruction to the at least two speed control modules over a period of between 10 and 30 ms.
Selon une caractéristique préférée, les au moins deux modules de commande en vitesse sont configurés pour commander la vitesse des au moins deux hélices, respectivement, selon une période d’échantillonnage inférieure ou égale à 1 milliseconde.According to a preferred characteristic, the at least two speed control modules are configured to control the speed of the at least two propellers, respectively, according to a sampling period less than or equal to 1 millisecond.
L’invention concerne aussi un aéronef comportant un dispositif de de synchrophasage d’hélices tel que précédemment présenté.The invention also relates to an aircraft comprising a propeller synchronization device as previously presented.
L’invention concerne aussi un procédé de synchrophasage d’hélices pour un aéronef, l’aéronef comportant au moins deux hélices, au moins deux machines électriques aptes à entraîner en rotation les au moins deux hélices, respectivement, au moins deux modules de commande en vitesse aptes à commander les au moins deux machines électriques, respectivement, de manière à asservir en vitesse les au moins deux hélices, respectivement,The invention also relates to a method of synchronizing propellers for an aircraft, the aircraft comprising at least two propellers, at least two electrical machines capable of rotating the at least two propellers, respectively, at least two control modules in speed capable of controlling the at least two electric machines, respectively, so as to control the speed of the at least two propellers, respectively,
le procédé de synchrophasage étant caractérisé en ce qu’il comporte des étapes de :the synchrophasing process being characterized in that it comprises steps of:
- mesure de la phase et la vitesse de chacune des au moins deux hélices,- measurement of the phase and speed of each of the at least two propellers,
- calcul de la différence de positions entre les au moins deux hélices pour déterminer une mesure de déphasage des hélices, calcul de la différence entre la mesure de déphasage des hélices et une consigne de déphasage et détermination d’une consigne de vitesse des hélices, par un organe de coordination centrale,- calculation of the difference in positions between the at least two propellers to determine a propeller phase shift measurement, calculation of the difference between the propeller phase shift measurement and a phase shift setpoint and determination of a propeller speed setpoint, by a central coordination body,
- commande de la vitesse de chacune des au moins deux hélices en fonction de la consigne de vitesse, par les au moins deux modules de commande en vitesse, respectivement.- control of the speed of each of the at least two propellers as a function of the speed setpoint, by the at least two speed control modules, respectively.
Le procédé et l’aéronef présentent des avantages analogues à ceux précédemment présentés.The method and the aircraft have advantages similar to those previously presented.
Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon l’invention sont mises en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur.In a particular embodiment, the steps of the method according to the invention are implemented by computer program instructions.
En conséquence, l’invention vise aussi un programme d’ordinateur sur un support d’informations, ce programme étant susceptible d’être mis en œuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de synchrophasage tel que décrit ci-dessus.Consequently, the invention also relates to a computer program on an information medium, this program being capable of being implemented in a computer, this program comprising instructions adapted to the implementation of the steps of a synchrophasing process as described above.
L’invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé de synchrophasage tel que décrit ci-dessus.The invention also relates to an information medium readable by a computer, and comprising computer program instructions adapted to the implementation of the steps of a synchrophasing process as described above.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels donnés à titre d’exemples non limitatifs, décrits en référence aux figures dans lesquelles :Other characteristics and advantages will appear on reading the following description of preferred embodiments given by way of non-limiting examples, described with reference to the figures in which:
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same numerical references so as to facilitate the transition from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts represented in the figures are not necessarily on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not being exclusive of each other and can be combined with each other.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Selon un premier mode de réalisation préféré représenté à la
Chaque turbomachine comporte une turbine à gaz et une machine électrique tournante 2a, 2b respective apte à fournir une fonction de génératrice et une fonction de propulsion. La fonction de propulsion de la machine électrique peut être fournie lorsque la turbine à gaz est en fonctionnement ou à l’arrêt.Each turbomachine comprises a gas turbine and a respective rotating electric machine 2a, 2b capable of providing a generator function and a propulsion function. The propulsion function of the electric machine can be provided when the gas turbine is operating or stopped.
Lorsque la turbine à gaz est en fonctionnement, la machine électrique est apte à fournir un surcroit de puissance. Lorsque la turbine à gaz est à l’arrêt, la machine électrique est apte à fournir la puissance nécessaire à un déplacement de type taxiage.When the gas turbine is in operation, the electric machine is able to provide additional power. When the gas turbine is stopped, the electric machine is able to provide the power necessary for taxiing type movement.
Ainsi, les deux hélices 12a et 12b sont respectivement aptes à être entraînées en rotation par les deux turbines à gaz et les deux machines électriques tournantes 2a et 2b.Thus, the two propellers 12a and 12b are respectively capable of being rotated by the two gas turbines and the two rotating electric machines 2a and 2b.
Les hélices 12a et 12b sont à pas fixe ou à pas variable.Propellers 12a and 12b have fixed pitch or variable pitch.
On s’intéresse plus particulièrement à la partie électrique des turbomachines.We are particularly interested in the electrical part of turbomachines.
Le circuit électrique des turbomachines comporte un premier sous-circuit à courant continu haute tension, dit HVDC d’après l’anglais « High Voltage Direct Current ».The electrical circuit of the turbomachines includes a first high voltage direct current sub-circuit, called HVDC after the English “High Voltage Direct Current”.
Le sous-circuit HVDC comporte une batterie HVDC 1 constituant une source de tension capable de générer une puissance par exemple comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de kilowatts, sous une tension par exemple d’environ plusieurs centaines de volt, pendant quelques secondes ou plusieurs minutes. Il s’agit de préférence d’une batterie typée énergie, capable d’apporter une puissance électrique aux machines électriques.The HVDC sub-circuit comprises an HVDC battery 1 constituting a voltage source capable of generating a power for example between a few tens and a few hundred kilowatts, under a voltage for example of around several hundred volts, for a few seconds or several minutes. This is preferably an energy type battery, capable of providing electrical power to electrical machines.
La batterie HVDC 1 est reliée à un convertisseur continu-continu 4. La tension d’entrée du convertisseur 4 est fixée par l’état de charge de la batterie et sa tension de sortie est une tension continue réglable. Le convertisseur 4 est facultatif et peut être de type hacheur série (en anglais « buck ») pour abaisser la tension, ou de type hacheur parallèle (en anglais « boost ») pour élever la tension, ou encore de type abaisseur-élévateur (en anglais « buck-boost ») pour abaisser ou élever la tension.The HVDC battery 1 is connected to a DC-DC converter 4. The input voltage of the converter 4 is fixed by the state of charge of the battery and its output voltage is an adjustable DC voltage. Converter 4 is optional and can be of the series chopper type (in English “buck”) to lower the voltage, or of the parallel chopper type (in English “boost”) to raise the voltage, or even of the step-down type (in English “buck-boost”) to lower or raise the voltage.
Le convertisseur continu-continu 4 est relié à un bus HVDC 7, lui-même relié à des convertisseurs continu/alternatif 3a et 3b. Chacun des convertisseurs continu/alternatif 3a et 3b est respectivement relié à la machine électrique 2a et 2b. Pour assurer une propulsion électrique de l’aéronef, un courant électrique continu est fourni via le bus HVDC 7 aux convertisseurs 3a et 3b. Les convertisseurs peuvent fonctionner en onduleurs pour convertir le courant continu en courant électrique alternatif et le fournir aux machines électriques 2a et 2b de manière à entraîner en rotation les hélices 12a et 12b. Inversement, les convertisseurs 3a et 3b peuvent fonctionner en redresseurs pour convertir un courant électrique alternatif fourni par les machines électriques 2a et 2b fonctionnant en génératrices en courant électrique continu fourni à la batterie 1 via le bus HVDC 7.The DC-DC converter 4 is connected to an HVDC bus 7, itself connected to DC/AC converters 3a and 3b. Each of the DC/AC converters 3a and 3b is respectively connected to the electrical machine 2a and 2b. To ensure electric propulsion of the aircraft, direct electric current is supplied via the HVDC bus 7 to converters 3a and 3b. The converters can operate as inverters to convert direct current into alternating electric current and supply it to the electrical machines 2a and 2b so as to rotate the propellers 12a and 12b. Conversely, the converters 3a and 3b can operate as rectifiers to convert an alternating electric current supplied by the electrical machines 2a and 2b operating as generators into direct electric current supplied to the battery 1 via the HVDC bus 7.
Le circuit électrique de la turbomachine comporte un deuxième sous-circuit à courant continu basse tension, typiquement 28 V. Le sous-circuit à courant continu basse tension comporte une génératrice à courant continu 5 et une batterie, aptes à alimenter en électricité les différents équipements de l’aéronef.The electrical circuit of the turbomachine comprises a second low-voltage direct current sub-circuit, typically 28 V. The low-voltage direct current sub-circuit comprises a direct current generator 5 and a battery, capable of supplying electricity to the various pieces of equipment of the aircraft.
Le premier sous-circuit à courant continu haute tension et le deuxième sous-circuit à courant continu basse tension sont reliés par l’intermédiaire d’un convertisseur 6, par exemple tel que décrit dans FR 3 116 303.The first high-voltage direct current sub-circuit and the second low-voltage direct current sub-circuit are connected via a converter 6, for example as described in FR 3 116 303.
Selon l’invention, pour chacune des hélices, la machine électrique 2a, 2b correspondante est commandée en vitesse, pour faire varier transitoirement la puissance mécanique fournie à l’hélice de manière à assurer la fonction de synchrophasage des hélices.According to the invention, for each of the propellers, the corresponding electrical machine 2a, 2b is speed controlled, to transiently vary the mechanical power supplied to the propeller so as to ensure the synchronization function of the propellers.
Le synchrophasage des hélices d’un aéronef est un ajustage des positions angulaires relatives des hélices des différents groupes propulseurs de l’aéronef.Synchrophasing of an aircraft's propellers is an adjustment of the relative angular positions of the propellers of the aircraft's different propulsion units.
Le synchrophasage est réalisé en maintenant les positions angulaires relatives entre hélices à des valeurs déterminées, lesquelles peuvent avoir été obtenues lors de vols d'essais. Les valeurs de positions angulaires relatives peuvent être exprimées sous forme de déphasages entre hélices, la phase d'une hélice étant alors définie comme l'écart angulaire entre la position angulaire réelle de l'hélice et une position angulaire de référence commune à toutes les hélices. La phase peut être exprimée en degrés, une rotation complète d'hélice représentant 360°.Synchrophasing is achieved by maintaining the relative angular positions between propellers at determined values, which may have been obtained during test flights. The relative angular position values can be expressed in the form of phase shifts between propellers, the phase of a propeller then being defined as the angular difference between the real angular position of the propeller and a reference angular position common to all propellers. . Phase can be expressed in degrees, with one complete propeller rotation representing 360°.
Le synchrophasage est réalisé à régime constant, c'est-à-dire pour une même vitesse constante de rotation des hélices. Plusieurs régimes constants peuvent être adoptés correspondant à différentes phases de vol (croisière, décollage, ...) ou à différentes conditions de vol (vent, ...) de l’aéronef, leur nombre étant généralement limité. Différentes valeurs de déphasages souhaitables, ou consignes de déphasage, peuvent être déterminées pour différents régimes constants respectifs.Synchrophasing is carried out at constant speed, that is to say for the same constant speed of rotation of the propellers. Several constant regimes can be adopted corresponding to different phases of flight (cruise, takeoff, etc.) or to different flight conditions (wind, etc.) of the aircraft, their number being generally limited. Different desirable phase shift values, or phase shift instructions, can be determined for different respective constant regimes.
Lors de l'exploitation de l'aéronef, pour un régime constant donné, on cherche à maintenir les valeurs réelles des déphasages entre hélices égales aux valeurs souhaitables déterminées.When operating the aircraft, for a given constant speed, we seek to maintain the real values of the phase shifts between propellers equal to the determined desirable values.
Dans le cas d’une architecture hybride thermique/électrique, la gestion de la puissance mécanique fournie à chacune des hélices est partagée entre :In the case of a thermal/electric hybrid architecture, the management of the mechanical power supplied to each of the propellers is shared between:
- la machine thermique,- the thermal machine,
- la machine électrique, qui assure la fonction de synchrophasage des hélices en effectuant des variations de puissance de faible amplitude dans les deux sens, la machine électrique pouvant alterner entre fonctionnement moteur et génératrice. La machine électrique fournit de la puissance mécanique supplémentaire lorsqu’elle est en fonctionnement moteur et la machine électrique diminue la puissance lorsqu’elle est en fonctionnement génératrice.- the electric machine, which ensures the function of synchronizing the propellers by making low amplitude power variations in both directions, the electric machine being able to alternate between engine and generator operation. The electric machine provides additional mechanical power when in engine operation and the electric machine reduces power when in generator operation.
Le synchrophasage des hélices est assuré par une boucle de régulation dédiée à cette fonction et schématiquement représenté à la
Plus particulièrement, une boucle par paire d’hélices assure leur synchrophasage. Une hélice est en configuration dite « maître » et l’autre hélice est en configuration « esclave ».More particularly, one loop per pair of propellers ensures their synchronization. One propeller is in the “master” configuration and the other propeller is in the “slave” configuration.
De façon avantageuse, les moyens mis en œuvre pour assurer le synchrophasage des hélices peuvent être les suivants.Advantageously, the means implemented to ensure the synchronization of the propellers can be as follows.
On considère une paire d’hélices, par exemple les hélices 12a et 12b de la
Les valeurs mesurées sont transmises à un organe de coordination centrale 14 qui calcule la différence de position entre les hélices et acquiert ainsi une mesure de déphasage entre les hélices. L’organe de coordination centrale 14 de l’aéronef peut être un module spécifique à la fonction de synchrophasage des hélices, ou être intégré à un module déjà existant dans l’aéronef, tel que le FCC (d’après l’anglais « Flight Control Command ») ou encore le FADEC (pour « Full Authority Digital Engine Control »).The measured values are transmitted to a central coordination body 14 which calculates the difference in position between the propellers and thus acquires a phase shift measurement between the propellers. The central coordination body 14 of the aircraft can be a module specific to the propeller synchronization function, or be integrated into a module already existing in the aircraft, such as the FCC (from the English "Flight Control Command") or even FADEC (for "Full Authority Digital Engine Control").
L’organe de coordination centrale 14 prend en compte une consigne de déphasage, et calcule une différence entre la mesure de déphasage entre les hélices et la consigne de déphasage.The central coordination body 14 takes into account a phase shift setpoint, and calculates a difference between the phase shift measurement between the propellers and the phase shift setpoint.
Comme déjà mentionné, la consigne de déphasage dépend de la phase de vol (croisière, décollage, ...) et des conditions de vol (vent, ...) de l’aéronef.As already mentioned, the phase shift instruction depends on the flight phase (cruise, takeoff, etc.) and the flight conditions (wind, etc.) of the aircraft.
A partir de la différence calculée entre la mesure de déphasage entre les hélices et la consigne de déphasage, l’organe de coordination centrale 14 détermine une consigne de vitesse pour chaque hélice visant à minimiser cette différence.From the difference calculated between the phase shift measurement between the propellers and the phase shift setpoint, the central coordination member 14 determines a speed setpoint for each propeller aimed at minimizing this difference.
Chaque machine électrique comporte de préférence en outre un module de commande en vitesse interne apte à asservir la vitesse de l’hélice. Une telle configuration est avantageuse car la dynamique du module de commande en vitesse interne est plus rapide que celle du contrôle en vitesse que peut effectuer la machine thermique. Le module de commande en vitesse est par exemple intégré au convertisseur AC/DC 3a, 3b, correspondant à la machine électrique.Each electric machine preferably also includes an internal speed control module capable of controlling the speed of the propeller. Such a configuration is advantageous because the dynamics of the internal speed control module is faster than that of the speed control that the thermal machine can carry out. The speed control module is for example integrated into the AC/DC converter 3a, 3b, corresponding to the electric machine.
L’organe de coordination centrale 14 transmet la consigne de vitesse ainsi déterminée au module de commande en vitesse interne à chaque machine électrique.The central coordination body 14 transmits the speed setpoint thus determined to the speed control module internal to each electrical machine.
Le module de commande en vitesse interne à chaque machine électrique commande alors la vitesse de l’hélice correspondante en fonction de la consigne de vitesse. Par exemple, le convertisseur AC/DC contrôle la fréquence du courant électrique qu’il délivre au moteur électrique 2a, 2b qui lui est associé et contrôle ainsi la vitesse de rotation du moteur électrique. En conséquence, le convertisseur AC/DC contrôle la vitesse de l’hélice associée.The speed control module internal to each electric machine then controls the speed of the corresponding propeller according to the speed setpoint. For example, the AC/DC converter controls the frequency of the electric current that it delivers to the electric motor 2a, 2b associated with it and thus controls the rotation speed of the electric motor. As a result, the AC/DC converter controls the speed of the associated propeller.
A l’activation du synchrophasage des hélices, la régulation de la turbine à gaz est adaptée de manière à ce que les boucles de régulation de vitesse des hélices de la turbine à gaz d’une part, et de la machine électrique d’autre part, n’agissent pas de manière antagoniste en poursuivant le même objectif de régulation.When the propeller synchrophasing is activated, the regulation of the gas turbine is adapted so that the speed regulation loops of the propellers of the gas turbine on the one hand, and of the electric machine on the other hand , do not act in an antagonistic manner while pursuing the same regulatory objective.
Un objectif de régulation autre que la vitesse des hélices peut alors être assigné à la turbine à gaz. Par exemple, il peut être souhaité que la turbine à gaz fournisse une puissance mécanique telle que la puissance moyenne fournie par la machine électrique soit la plus faible possible, dans le but de réduire l’énergie prélevée sur la batterie. En parallèle, l’objectif de régulation de vitesse ainsi que la fonction de synchrophasage des hélices sont assurés par la machine électrique.A regulation objective other than the speed of the propellers can then be assigned to the gas turbine. For example, it may be desired for the gas turbine to provide mechanical power such that the average power supplied by the electric machine is as low as possible, with the aim of reducing the energy drawn from the battery. At the same time, the speed regulation objective as well as the propeller synchronization function are provided by the electric machine.
Suivants les configurations et les applications souhaitées, l’invention permet :Depending on the desired configurations and applications, the invention allows:
- d’assurer une fonction de synchrophasage pour des hélices à pas fixe ;- to provide a synchrophasing function for fixed pitch propellers;
- de relâcher le dimensionnement de l’actionneur de pas variable pour les hélices à pas variable ;- to relax the dimensioning of the variable pitch actuator for variable pitch propellers;
- de dimensionner les machines électriques au seul besoin de la fonction synchrophasage des hélices, c’est-à-dire pour une faible puissance.- to size the electrical machines to the sole need for the synchronization function of the propellers, that is to say for low power.
Selon un second mode de réalisation préféré représenté à la
La partie puissance du synchrophasage des hélices est mise en œuvre sur la chaîne électrique. En revanche, la partie contrôle et hébergement des lois de contrôle, est mise en œuvre entre un organe de coordination centrale de l’aéronef gérant les lois de contrôle du vol et la chaîne électrique propulsive gérant la puissance mécanique de l’arbre de l’hélice.The power part of the propeller synchrophasing is implemented on the electrical chain. On the other hand, the control and accommodation part of the control laws is implemented between a central coordination body of the aircraft managing the flight control laws and the electrical propulsion chain managing the mechanical power of the shaft of the helix.
Là encore, l’organe de coordination centrale de l’aéronef peut être un module spécifique à la fonction de synchrophasage des hélices, ou être intégré à un composant déjà existant dans l’aéronef, tel que le FCC ou le FADEC.Here again, the central coordination body of the aircraft can be a module specific to the propeller synchronization function, or be integrated into a component already existing in the aircraft, such as the FCC or the FADEC.
L’architecture électrique distribuée comporte au moins deux machines électriques associées respectivement chacune à une hélice.The distributed electrical architecture comprises at least two electrical machines each associated with a propeller.
Dans l’exemple de la
Pour chaque couple machine électrique/hélice, la liaison mécanique entre le rotor de moteur électrique et le moyeu de l’hélice est rigide. Par exemple, l’hélice est montée en prise directe sur l’axe du rotor du moteur électrique.For each electric machine/propeller pair, the mechanical connection between the electric motor rotor and the propeller hub is rigid. For example, the propeller is mounted in direct contact with the axis of the rotor of the electric motor.
Chaque machine électrique est reliée à un convertisseur continu/alternatif 3a, 3b, 3c et 3d respectif.Each electrical machine is connected to a respective DC/AC converter 3a, 3b, 3c and 3d.
Chaque convertisseur continu/alternatif 3a, 3b, 3c et 3d assure un contrôle rapproché du moteur électrique respectif, par une boucle de vitesse. Ce contrôle rapproché peut être échantillonné selon une période d’échantillonnage relativement faible, par exemple de 1 milliseconde ou moins.Each DC/AC converter 3a, 3b, 3c and 3d ensures close control of the respective electric motor, via a speed loop. This close monitoring can be sampled in a relatively small sampling period, for example 1 millisecond or less.
Le contrôle rapproché de chaque moteur électrique utilise une estimation ou une mesure de la vitesse de l’hélice, et donc du rotor du moteur électrique, dont la bande passante est relativement élevée, par exemple supérieure à 10Hz. La vitesse de l’hélice est par exemple mesurée via un ou plusieurs capteurs de vitesse ou de position de l’hélice, par exemple des capteurs inductifs ou magnétiques ou optiques.The close control of each electric motor uses an estimation or measurement of the speed of the propeller, and therefore of the rotor of the electric motor, whose bandwidth is relatively high, for example greater than 10Hz. The speed of the propeller is for example measured via one or more propeller speed or position sensors, for example inductive or magnetic or optical sensors.
Les convertisseurs continu/alternatif 3a, 3b, 3c et 3d sont reliés à un premier sous-circuit à courant continu haute tension HVDC.The DC/AC converters 3a, 3b, 3c and 3d are connected to a first HVDC high voltage direct current sub-circuit.
Le sous-circuit HVDC comporte une unité d’interconnexion 13 et une batterie HVDC 1 constituant une source de tension. L’unité d’interconnexion 13 comporte des organes de protection et de mesure de courants et tensions de différents réseaux, ici sous-circuits, interconnectés.The HVDC sub-circuit comprises an interconnection unit 13 and an HVDC battery 1 constituting a voltage source. The interconnection unit 13 includes elements for protecting and measuring currents and voltages of different networks, here sub-circuits, interconnected.
Un deuxième sous-circuit à courant continu basse tension, typiquement 28 V, est relié à l’unité d’interconnexion 13 par l’intermédiaire d’un convertisseur 6. Le sous-circuit à courant continu basse tension comporte une génératrice à courant continu 5 et une batterie aptes à alimenter en électricité les différents équipements de l’aéronef.A second low-voltage direct current sub-circuit, typically 28 V, is connected to the interconnection unit 13 via a converter 6. The low-voltage direct current sub-circuit comprises a direct current generator 5 and a battery capable of supplying electricity to the various equipment of the aircraft.
L’asservissement de vitesse est conçu et paramétré de manière à :The speed control is designed and configured so as to:
- assurer un suivi de consigne de vitesse rapide et avec peu de dépassement de consigne ; l’ordre de grandeur est par exemple un temps de montée à 95% de la consigne en 150 ms et un dépassement de la consigne inférieur à 10% ;- ensure fast speed setpoint monitoring with little overshooting of setpoints; the order of magnitude is for example a rise time to 95% of the setpoint in 150 ms and an overshoot of the setpoint of less than 10%;
- assurer un rejet de perturbation de couple sur l’hélice avec une bande passante élevée ; l’ordre de de grandeur est par exemple qu’un échelon de couple résistant doit être rejeté en 250 ms.- ensure rejection of torque disturbance on the propeller with a high bandwidth; the order of magnitude is for example that a resistive torque step must be rejected in 250 ms.
De manière similaire au premier mode de réalisation, les moyens mis en œuvre pour assurer le synchrophasage sont les suivants.Similar to the first embodiment, the means implemented to ensure synchronization are as follows.
Pour un couple d’hélice donné, des capteurs inductifs ou magnétiques ou optiques mesurent la phase et la vitesse de chaque hélice.For a given propeller torque, inductive or magnetic or optical sensors measure the phase and speed of each propeller.
Les valeurs mesurées sont transmises à l’organe de coordination centrale 14 qui calcule la différence de positions entre les hélices et détermine ainsi une mesure de déphasage des hélices.The measured values are transmitted to the central coordination body 14 which calculates the difference in positions between the propellers and thus determines a measurement of phase shift of the propellers.
L’organe de coordination centrale 14 dispose de la position de chaque hélice selon une période d’échantillonnage qui dépend de la vitesse de rotation des hélices et du nombre de « doigts » positionnés sur chaque hélice.The central coordination body 14 has the position of each propeller according to a sampling period which depends on the rotation speed of the propellers and the number of “fingers” positioned on each propeller.
Par exemple, si la vitesse de rotation est de 1500rpm et s’il y a quatre doigts par hélice, la période d’échantillonnage est de 1/4 * 1/(1500/60) = 10 millisecondes. Si la vitesse de rotation est de 1000rpm et s’il y a deux doigts par hélice, alors la période d’échantillonnage est de ½*(1/(1000/60)) = 30 millisecondes.For example, if the rotation speed is 1500rpm and there are four fingers per propeller, the sampling period is 1/4 * 1/(1500/60) = 10 milliseconds. If the rotation speed is 1000rpm and there are two fingers per propeller, then the sampling period is ½*(1/(1000/60)) = 30 milliseconds.
L’organe de coordination centrale 14 prend en compte une consigne de déphasage, et calcule une différence entre la mesure de déphasage entre les hélices et la consigne de déphasage.The central coordination body 14 takes into account a phase shift setpoint, and calculates a difference between the phase shift measurement between the propellers and the phase shift setpoint.
Comme déjà mentionné, la consigne de déphasage dépend de la phase de vol (croisière, décollage, ...) et des conditions de vol (vent, ...) de l’aéronef.As already mentioned, the phase shift instruction depends on the flight phase (cruise, takeoff, etc.) and the flight conditions (wind, etc.) of the aircraft.
A partir de la différence calculée entre la mesure de déphasage entre les hélices et la consigne de déphasage, l’organe de coordination centrale détermine une consigne de vitesse pour chaque hélice visant à minimiser cette différence.From the difference calculated between the phase shift measurement between the propellers and the phase shift setpoint, the central coordination body determines a speed setpoint for each propeller aimed at minimizing this difference.
L’organe de coordination centrale 14 envoie la consigne de vitesse respective de chaque hélice au module de commande en vitesse interne à chaque machine électrique qui est par exemple le convertisseur continu/alternatif correspondant respectivement à chaque hélice.The central coordination member 14 sends the respective speed setpoint for each propeller to the internal speed control module of each electrical machine which is for example the DC/AC converter corresponding respectively to each propeller.
Le module de commande en vitesse interne à chaque machine électrique commande alors la vitesse de l’hélice correspondante en fonction de la consigne de vitesse.The speed control module internal to each electric machine then controls the speed of the corresponding propeller according to the speed setpoint.
Il est à noter que la consigne de vitesse peut être un delta de consigne de vitesse respectif de chaque hélice qui est ensuite ajouté à la vitesse de consigne commune à toutes les hélices de manière à asservir la vitesse de chaque hélice en fonction de sa consigne de déphasage. Le delta de consigne de vitesse peut n’être calculé et envoyé que toutes les 10 ou 30ms.It should be noted that the speed setpoint can be a respective speed setpoint delta for each propeller which is then added to the setpoint speed common to all the propellers so as to control the speed of each propeller according to its setpoint. phase shift. The speed setpoint delta can only be calculated and sent every 10 or 30ms.
L’invention permet de garantir une précision de phasage inférieure à 0.5° en vol calme, c’est-à-dire en cas de perturbation de couple aérodynamique sur chaque hélice d’environ 1.5% à des fréquences inférieures à 1Hz et assure en outre une précision de phasage de l’ordre de 1° en vol turbulent, c’est-à-dire en cas de perturbation de couple aérodynamique sur chaque hélice d’environ 3% à des fréquences inférieures à 1Hz.The invention makes it possible to guarantee a phasing precision of less than 0.5° in calm flight, that is to say in the event of aerodynamic torque disturbance on each propeller of approximately 1.5% at frequencies lower than 1Hz and also ensures a phasing precision of the order of 1° in turbulent flight, that is to say in the event of aerodynamic torque disturbance on each propeller of approximately 3% at frequencies below 1Hz.
La
La première étape E1 correspond à une mesure de la phase et la vitesse de chaque hélice par les capteurs inductifs ou magnétiques ou optiques. Les valeurs mesurées sont transmises à l’organe de coordination centrale.The first step E1 corresponds to a measurement of the phase and speed of each propeller by inductive or magnetic or optical sensors. The measured values are transmitted to the central coordination body.
L‘étape suivante E2 est un calcul de la différence de positions entre les hélices pour déterminer ainsi une mesure de déphasage des hélices.The next step E2 is a calculation of the difference in positions between the propellers to thus determine a measurement of phase shift of the propellers.
L’organe de coordination centrale prend en compte une consigne de déphasage, et calcule une différence entre la mesure de déphasage des hélices et la consigne de déphasage.The central coordination body takes into account a phase shift instruction, and calculates a difference between the propeller phase shift measurement and the phase shift instruction.
A partir de la différence calculée entre la mesure de déphasage des hélices et la consigne de déphasage, une consigne de vitesse des hélices est déterminée pour minimiser ladite différence.From the difference calculated between the propeller phase shift measurement and the phase shift setpoint, a propeller speed setpoint is determined to minimize said difference.
La consigne de vitesse ainsi déterminée est transmise au module de commande en vitesse interne à chaque machine électrique, par exemple au niveau du convertisseur associé à la machine électrique.The speed setpoint thus determined is transmitted to the speed control module internal to each electrical machine, for example at the level of the converter associated with the electrical machine.
A l’étape suivante E3, le module de commande en vitesse interne à chaque machine électrique commande la vitesse de l’hélice correspondante en fonction de la consigne de vitesse, permettant de réaliser le synchrophasage souhaité des hélices.In the next step E3, the speed control module internal to each electric machine controls the speed of the corresponding propeller according to the speed setpoint, making it possible to achieve the desired synchronization of the propellers.
Claims (10)
le dispositif de synchrophasage étant caractérisé en ce qu’il comporte :
- des capteurs de mesure (20) d’un déphasage entre les au moins deux hélices,
- un organe de coordination centrale (14) configuré pour recevoir une consigne de déphasage, pour calculer une différence entre la mesure de déphasage et la consigne de déphasage, pour déterminer une consigne de vitesse pour les au moins deux hélices, à partir de la différence calculée, la consigne de vitesse permettant de minimiser ladite différence, et pour transmettre la consigne de vitesse aux au moins deux modules de commande en vitesse (3a, 3b, 3c, 3d) des au moins deux machines électriques (2a, 2b, 2c, 2d), respectivement,
the synchrophasing device being characterized in that it comprises:
- sensors (20) measuring a phase shift between the at least two propellers,
- a central coordination member (14) configured to receive a phase shift setpoint, to calculate a difference between the phase shift measurement and the phase shift setpoint, to determine a speed setpoint for the at least two propellers, from the calculated difference , the speed setpoint making it possible to minimize said difference, and to transmit the speed setpoint to the at least two speed control modules (3a, 3b, 3c, 3d) of the at least two electrical machines (2a, 2b, 2c, 2d ), respectively,
le procédé de synchrophasage étant caractérisé en ce qu’il comporte des étapes de :
- mesure (E1) de la phase et la vitesse de chacune des au moins deux hélices,
- calcul (E2) de la différence de positions entre les au moins deux hélices pour déterminer une mesure de déphasage des hélices, calcul de la différence entre la mesure de déphasage des hélices et une consigne de déphasage et détermination d’une consigne de vitesse des hélices, par un organe de coordination centrale (14),
- commande (E3) de la vitesse de chacune des au moins deux hélices (12a, 12b, 12c, 12d) en fonction de la consigne de vitesse, par les au moins deux modules de commande en vitesse (3a, 3b, 3c, 3d), respectivement.
the synchrophasing process being characterized in that it comprises steps of:
- measurement (E1) of the phase and speed of each of the at least two propellers,
- calculation (E2) of the difference in positions between the at least two propellers to determine a propeller phase shift measurement, calculation of the difference between the propeller phase shift measurement and a phase shift setpoint and determination of a propeller speed setpoint , by a central coordination body (14),
- control (E3) of the speed of each of the at least two propellers (12a, 12b, 12c, 12d) as a function of the speed setpoint, by the at least two speed control modules (3a, 3b, 3c, 3d) , respectively.
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170297699A1 (en) * | 2015-10-30 | 2017-10-19 | Sikorsky Aircraft Corporation | Quad rotor tail-sitter aircraft with rotor blown wing (rbw) configuration |
| RU2646696C1 (en) * | 2016-11-02 | 2018-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of synchronization and provision of symmetry of propellers thrust of aircraft power plant and electric synchronizing transmission for its realization |
| US20190161169A1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-05-30 | United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Adaptive Phase Control Architecture for Reduction of Community Noise from Distributed Propulsion Vehicles |
| US20200001978A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Propeller blade synchrophasing using phonic wheel |
| EP3626628A1 (en) | 2018-09-18 | 2020-03-25 | Bombardier Inc. | System and method for synchrophasing aircraft engines |
| US10843807B2 (en) * | 2018-06-01 | 2020-11-24 | Joby Aero, Inc. | System and method for aircraft noise mitigation |
| US20220055742A1 (en) * | 2019-04-26 | 2022-02-24 | Aergility Corporation | Hybrid gyrodyne aircraft |
| FR3116303A1 (en) | 2020-11-16 | 2022-05-20 | Safran Helicopter Engines | Turbomachine with hybrid propulsion and aircraft comprising such a turbomachine |
| US20220194557A1 (en) * | 2020-12-17 | 2022-06-23 | Aurora Flight Sciences Corporation, a subsidiary of The Boeing Company | Aircraft rotor assembly with plural rotors |
-
2022
- 2022-12-20 FR FR2214012A patent/FR3143546A1/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170297699A1 (en) * | 2015-10-30 | 2017-10-19 | Sikorsky Aircraft Corporation | Quad rotor tail-sitter aircraft with rotor blown wing (rbw) configuration |
| RU2646696C1 (en) * | 2016-11-02 | 2018-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of synchronization and provision of symmetry of propellers thrust of aircraft power plant and electric synchronizing transmission for its realization |
| US20190161169A1 (en) * | 2017-11-27 | 2019-05-30 | United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Adaptive Phase Control Architecture for Reduction of Community Noise from Distributed Propulsion Vehicles |
| US10843807B2 (en) * | 2018-06-01 | 2020-11-24 | Joby Aero, Inc. | System and method for aircraft noise mitigation |
| US20200001978A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Propeller blade synchrophasing using phonic wheel |
| EP3626628A1 (en) | 2018-09-18 | 2020-03-25 | Bombardier Inc. | System and method for synchrophasing aircraft engines |
| US20220055742A1 (en) * | 2019-04-26 | 2022-02-24 | Aergility Corporation | Hybrid gyrodyne aircraft |
| FR3116303A1 (en) | 2020-11-16 | 2022-05-20 | Safran Helicopter Engines | Turbomachine with hybrid propulsion and aircraft comprising such a turbomachine |
| US20220194557A1 (en) * | 2020-12-17 | 2022-06-23 | Aurora Flight Sciences Corporation, a subsidiary of The Boeing Company | Aircraft rotor assembly with plural rotors |
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