Titre de l'invention : ARCHITECTURE MUTUALISEE POUR LE PILOTAGE D'ACTIONNEURS ELECTROMECANIQUES

Domaine Technique

La présente invention se rapporte au domaine général de l’électrification des turbomachines aéronautiques.

Technique antérieure

Dans ce cadre, des organes ou charges mobiles comme des géométries variables de la turbomachine, qui comprennent notamment les portes ou vannes de décharge variable VBV (pour Variable Bleed Valve) ou encore des pompes, peuvent être pilotées via une chaîne d’actionnement de type électromécanique en remplacement du système actuel de pilotage hydraulique comportant une synchronisation mécanique constituée comme il est connu d’un anneau et d’un ensemble de biellettes et de leviers (aussi appelés guignols). Le principe de cette chaîne d’actionnement consiste à utiliser un actionneur électromécanique pour chaque charge mobile ou pour un nombre réduit de charges mobiles. Ce type d’architecture est dit de type distribué.

Cette architecture distribuée, illustrée à la figure 2, est composée d’une chaîne d’actionnement électromécanique 20 assurant la commande de la position, en boucle ouverte ou fermée selon le type de pilotage désiré, de charges mobiles 22 via les actionneurs électromécaniques 30 depuis une unité de commande de la turbomachine 24, par exemple un EEC (pour Electronic Engine Controller). Cette architecture est rendue possible par l’utilisation d’électronique de puissance (contrôleur 26 et convertisseur 28). Toutefois, cette chaîne d’actionnement électromécanique impose d’avoir en face de chaque actionneur 30 un convertisseur 26 et un contrôleur 28.

Toutefois, le pilotage de charges mobiles, comme par exemple les portes VBV, suppose de multiplier le nombre d’actionneurs impliqués, dans la mesure où un actionneur est alloué à chaque porte VBV ou à un nombre réduit de portes VBV, par exemple deux à quatre portes. Ceci entraîne donc la multiplication de l’électronique de puissance avec comme conséquence, au vu de la criticité des systèmes actionnés, un manque de fiabilité et de robustesse vis-à-vis de l’environnement conduisant à une redondance systématique des contrôleurs dans cette architecture distribuée.

Or, dans le domaine aéronautique, cette redondance systématique des contrôleurs rend l’intégration de l’électronique de puissance impossible du fait de l’augmentation considérable du bilan masse/volume.

Exposé de l’invention

La présente invention a donc pour but principal de pallier un tel inconvénient en proposant une nouvelle architecture de commande de charges mobiles permettant d’optimiser le bilan masse/volume global de la chaîne d’actionnement électromécanique tout en garantissant une disponibilité de la turbomachine aéronautique acceptable.

Ce but est atteint par une chaîne d’actionnement électromécanique pour le pilotage du déplacement de charges mobiles d’un turbomachine aéronautique depuis une unité de commande, une ou plusieurs desdites charges mobiles étant actionnées par un actionneur électromécanique, caractérisée en ce que, pour commander ledit déplacement, elle comporte en outre un unique contrôleur Ethernet à commande déterministe assurant via un bus Ethernet le contrôle d’un ensemble de convertisseurs agissant sélectivement sur lesdits actionneurs électromécaniques.

Ainsi en réduisant de manière significative le nombre de contrôleurs de la chaîne d’actionnement électromécanique et par l’introduction d’un protocole de communication ultrarapide on évite la redondance des contrôleurs de l’état de l’art.

De préférence, ledit actionneur électromécanique est un moteur synchrone à aimant permanent, un moteur asynchrone, un moteur pas à pas ou un moteur à réluctance variable, couplé ou non à une transmission mécanique linéaire ou rotative.

Avantageusement, ledit convertisseur est un hacheur ou un onduleur.

De préférence, ledit contrôleur Ethernet est configuré pour gérer autant de boucles de courant, de vitesse et de position que d’actionneurs électromécaniques. Avantageusement, la vitesse de transfert des informations au niveau des boucles de courant et de vitesse, respectivement des boucles de courant et de position, est au moins cent fois supérieure à celle de la boucle de position, respectivement de la boucle de vitesse, pilotant le déplacement de la charge mobile.

De préférence, la vitesse de transfert des informations au niveau des boucles de courant correspond à un temps de transfert inférieur à 15 microsecondes, typiquement 10 microsecondes.

Avantageusement, la vitesse de transfert des informations au niveau de la boucle, de position ou de vitesse, pilotant le déplacement de la charge mobile correspond à un temps de transfert de l’ordre de 15 millisecondes.

Selon le mode de réalisation envisagée, lesdites charges mobiles peuvent être des vannes de décharge variable dont le déplacement est piloté par une boucle de position, des pompes dont le déplacement est piloté par une boucle de vitesse ou tout autre organe analogue dont le déplacement est piloté par une boucle de position ou de vitesse.

La présente invention concerne également une turbomachine aéronautique comportant une chaîne d’actionnement électromécanique pour la commande du déplacement de charges mobiles telle que précitée.

Brève description des dessins

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels :

[Fig. 1] figure 1 illustre un schéma de principe d’une nouvelle architecture d’électronique de puissance d’une chaîne d’actionnement électromécanique de charges mobiles selon l’invention, et

[Fig. 2] la figure 2 montre un schéma de principe d’une architecture conventionnelle d’électronique de puissance d’une chaîne d’actionnement électromécanique de charges mobiles. Description des modes de réalisation

L’invention consiste à proposer une architecture de contrôle mutualisée pour la régulation des actionneurs électromécaniques d’une turbomachine aéronautique. Pour ce faire, la chaîne d’actionnement électromécanique 10 pour la commande du déplacement de charges mobiles aéronautiques 22 depuis une unité de commande 24, une ou plusieurs de ces charges mobiles 22 (par exemple des portes ou vannes de décharge variable (VBV) ou d’autres géométries variables telles que des pompes) étant actionnées par un actionneur électromécanique 30, comporte selon l’invention un unique contrôleur Ethernet 32 assurant via un bus Ethernet 34 le contrôle d’un ensemble de convertisseurs 36 (dont le nombre est au plus égal au nombre d’actionneurs) agissant sélectivement sur les actionneurs électromécaniques 30. Pour permettre le pilotage de la charge mobile 22, le contrôleur 30 délivre un retour de consigne (typiquement une position, en l’espèce Pm, ou une vitesse) à l’unité de commande 24 qui lui retourne alors une commande de position (Pc) ou de vitesse. Cette commande utilise un protocole de communication rapide de type déterministe pour permettre de gérer en parallèle les boucles de contrôle de chaque actionneur électromécanique 30. Par déterministe, on entend que, pour toute information, on prévoit la durée précise que prendra son émission par le contrôleur Ethernet.

Les boucles de contrôle sont typiquement des boucles de courant i, de vitesse V et de position P. Lorsque le déplacement de la charge mobile est commandé en position (cas des portes VBV illustré), la boucle principale est la boucle de position, les boucles de vitesse et de courant étant alors considérées comme des boucles secondaires. Par contre, lorsque le déplacement de la charge mobile est commandé en vitesse (cas de pompes par exemple), la boucle principale est la boucle de vitesse, les boucles de position et de courant étant alors considérées comme des boucles secondaires.

Le contrôleur Ethernet déterministe peut être un composant dédié (par exemple intégrant des boucles de vitesse et de courant pour une régulation de type modulation vectorielle) ou un microprocesseur pourvu d’un protocole de communication Ethernet. La vitesse de transfert des informations au niveau de ces deux boucles de courant et de vitesse (en cas de consigne de position) ou de courant et de position (en cas de consigne de vitesse) que permet le protocole Ethernet est suffisamment rapide (temps de transfert <15 ps et typiquement <10 ps) pour être considérée comme instantanée au niveau de la boucle de commande (position ou vitesse) dont la vitesse de transfert est au moins cent fois supérieure et avantageusement environ mille fois supérieure (soit un temps de transfert de l’ordre de 15 ms).

Les convertisseurs 36 sont par exemple des hacheurs monophasés ou des onduleurs triphasés (voire hexaphasés pour les redondances au niveau des actionneurs) délivrant une tension alternative à partir d’une tension continue (typiquement issue d’un Bus DC 270V) et qui, lorsqu’ils sont en nombre identique à ceux des actionneurs, sont avantageusement intégrés mécaniquement au sein de ces actionneurs. Lorsque la charge mobile est une porte VBV, l’actionneur est intégré dans chaque porte VBV (dans la zone dite « Booster ») et il y a donc autant d’actionneurs que de portes VBV. Cet actionneur est préférentiellement un moteur synchrone à aimant permanent (toutefois un moteur à réluctance variable, un moteur pas à pas ou un moteur asynchrone est aussi envisageable) qui peut être couplé à une transmission mécanique, linéaire (de type vis à rouleau ou à bille par exemple) ou rotative, solidaire de la charge à entraîner.