Domaine de l'invention

La présente invention concerne une unité d'alimentation en air sous pression pour aéronef.

Aux fins du présent exposé, le terme « aéronef » doit s'entendre au sens large. Il comprend les aéronefs à voilure fixe, notamment les avions à moteurs à turbines communément utilisés pour le transport de passagers, les aéronefs à voilure tournante et les aéronefs plus légers que l'air.

Arrière-plan de l'invention La plupart des aéronefs comportent une unité embarquée d'alimentation en air sous pression et/ou en électricité, généralement connue sous le nom de Groupe Auxiliaire de Puissance ou encore de « Auxiliary Power Unit » ou APU en anglais. De telles APU permettent, en consommant une partie du carburant de l'aéronef, de fournir à l'aéronef de l'air sous pression pour climatiser et/ou pressuriser la cabine, et/ou de l'électricité pour faire fonctionner divers autres équipements embarqués à bord de l'aéronef, sans utiliser le(s) moteur(s) de l'aéronef, ce qui est notamment utile lorsque l'aéronef est en stationnement au sol avec son (ses) moteur(s) à l'arrêt.

Cependant, l'utilisation des APU tend à être de plus en plus limitée par les aéroports et les exploitants, pour des raisons environnementales (émissions polluantes et sonores) et économiques (consommation de carburant).

Par conséquent, pour fournir de l'électricité et de l'air sous pression à l'aéronef en stationnement au sol, on a de plus en plus recours à des systèmes de soutien au sol, aussi connus sous le nom de « Ground Support Equipment » ou GSE en anglais.

On distingue deux types de GSE :

- les GSE mobiles, comprenant une unité d'alimentation en électricité (« Ground Power Unit » ou GPU en anglais) et/ou une unité de climatisation (« Air Conditioning Unit » ou ACU en anglais) capable de fournir de l'air sous pression ;

- les GSE fixes, qui sont soit des sources de puissance électrique (« Fixed Electrical Ground Power » ou FEGP en anglais), soit des sources d'air sous pression (« Pre-Conditioned Air » (PCA) ou encore ACU, « Air Conditioning Unit » en anglais). Cependant, les GSE sont souvent des équipements dédiés, c'est-à-dire capables de fournir de l'air sous pression ou de l'électricité, mais pas les deux simultanément. Ils sont également encombrants au sol, ce qui peut poser des difficultés lorsque l'espace autour d'un aéronef en stationnement est restreint.

II arrive également que les aéroports ne soient pas équipés de GSE, ou alors seulement de manière incomplète : par exemple, l'aéroport peut avoir à disposition des sources de puissance électrique, mais pas de sources d'air sous pression.

De plus, les GSE sont souvent moins performants que les APU en matière de fourniture d'air sous pression pour la climatisation de la cabine de l'aéronef, notamment dans des conditions climatiques extrêmes. Par exemple, il arrive qu'un GSE ne permette pas de refroidir suffisamment la cabine dans un climat très chaud (par exemple l'été dans les aéroports situés au Moyen-Orient), ou de la réchauffer suffisamment dans un climat très froid.

On souhaite donc disposer d'unités d'alimentation embarquées à bord d'un aéronef et capables de fournir de l'air sous pression à celui-ci, sans consommer de carburant comme les APU classiques.

Pour répondre à ce besoin, une unité d'alimentation en air sous pression pour aéronef a été proposée dans la demande de brevet français n° 15 59019 (numéro de publication : FR 3 041 607 Al). Cette unité d'alimentation en air sous pression (ci-après « APU ») 100 est représentée sur la figure 1 et comprend une partie motrice 10, un compresseur de charge 30 et un moteur électrique 40.

La partie motrice 10 comprend une turbine 21 couplée à un arbre de sortie

22, et un générateur de gaz 10', lequel comprend un compresseur 11, une chambre de combustion 12, et une turbine 13. Le compresseur 11 et la turbine

13 sont couplés par un arbre principal 14.

Lorsque le générateur de gaz 10' fonctionne, de l'air 2 est comprimé par le compresseur 11, du carburant 4 est brûlé dans la chambre de combustion 12 avec l'air 3' comprimé par le compresseur 11, et les gaz de combustion 5 produits dans la chambre de combustion 12 entraînent les turbines 13 et 21. La turbine 21 entraîne alors le compresseur 30 via l'arbre de sortie 22, ainsi que le moteur électrique 40 via un ensemble de transmission 50.

Ce mode de fonctionnement est le mode de fonctionnement usuel d'une

APU, dans lequel on brûle du carburant pour fournir de l'air sous pression 3 à l'aéronef.

Le moteur électrique 40 est relié électriquement à un connecteur électrique d'alimentation 41 configuré pour recevoir une puissance électrique 6' depuis une source de puissance électrique extérieure à l'aéronef telle qu'un GPU ou un FEGP. Le connecteur électrique d'alimentation 41 comprend un convertisseur capable de modifier la tension et/ou la fréquence de la puissance électrique 6' et de fournir la puissance électrique convertie 6 au moteur électrique 40. Ainsi, lorsque le connecteur électrique d'alimentation 41 est alimenté en électricité, le moteur électrique 40 fonctionne et entraîne le compresseur de charge 30 et la partie motrice 10.

Ce mode de fonctionnement permet de fournir de l'air sous pression 3 à l'aéronef sans consommer de carburant 4.

Cependant, dans ce mode de fonctionnement, pour entraîner le compresseur de charge 30 et la partie motrice 10, le moteur électrique 40 nécessite une puissance électrique 6 importante. Il s'ensuit que le convertisseur est volumineux, lourd et occasionne des pertes importantes, notamment par effet Joule.

Il existe donc un besoin d'une APU présentant les modes de fonctionnement décrits ci-dessus qui soit plus légère et moins volumineuse et dont l'efficacité soit augmentée.

Objet et résumé de l'invention

La présente invention vise à répondre au moins partiellement à ce besoin. Un premier mode de réalisation de l'invention fournit une unité d'alimentation en air sous pression pour aéronef (ci-après « APU »), comprenant un compresseur de charge configuré pour fournir de l'air sous pression à l'aéronef ;

une partie motrice pouvant entraîner le compresseur de charge ; un moteur électrique pouvant entraîner le compresseur de charge ; un connecteur électrique d'alimentation configuré pour transmettre une puissance électrique fournie par une source de puissance électrique extérieure à l'aéronef ; et

une unité de conversion électrique interposée entre le premier électrique et le connecteur électrique d'alimentation,

l'unité de conversion électrique étant capable de fournir sans conversion la puissance électrique fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef au moteur électrique, et de convertir la puissance électrique fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef et de fournir au moteur électrique la puissance électrique convertie.

Avec l'APU selon le premier mode de réalisation de l'invention, l'unité de conversion électrique ne convertit la puissance électrique fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef que lors de la phase d'amorçage du compresseur de charge à l'aide du moteur électrique alimenté par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef. Lorsque le compresseur de charge et le moteur électrique ont atteint le point de fonctionnement souhaité, l'unité de conversion électrique fournit sans conversion cette puissance électrique au moteur électrique. Puisque cette puissance électrique n'est convertie que pendant cette phase de démarrage, l'unité de conversion électrique peut être plus légère et moins volumineuse qu'un convertisseur électrique devant fonctionner pendant tout le fonctionnement de l'APU.

Selon une possibilité, l'unité de conversion électrique comprend :

un convertisseur électrique configuré pour convertir la puissance électrique fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef ; et une liaison électrique entre le moteur électrique et le connecteur électrique d'alimentation ne passant pas par le convertisseur électrique.

Selon une possibilité, la liaison électrique est pourvue d'un premier interrupteur interposé entre le moteur électrique et le connecteur électrique d'alimentation et permettant de court-circuiter le convertisseur électrique.

Lorsque le compresseur de charge et le moteur électrique ont atteint le point de fonctionnement souhaité, le premier interrupteur se ferme et le convertisseur électrique n'est plus alimenté. Les pertes électriques dans le premier interrupteur étant négligeables, l'efficacité énergétique de l'APU est augmentée.

Selon une possibilité, la partie motrice est configurée pour fournir une puissance via un arbre de sortie, et l'APU comprend en outre un ensemble de transmission, un arbre du moteur électrique étant couplé à l'arbre de sortie via l'ensemble de transmission.

Ainsi, le moteur électrique n'est pas disposé directement sur l'arbre de sortie, mais est déporté grâce à l'ensemble de transmission. On peut alors obtenir une meilleure intégration de l'APU au sein de l'aéronef.

Selon une possibilité, le compresseur de charge est disposé sur l'arbre de sortie.

Selon une possibilité, l'ensemble de transmission comprend un arbre d'entraînement distinct de l'arbre de sortie et de l'arbre du moteur électrique, le compresseur de charge est disposé sur l'arbre d'entraînement, et l'arbre d'entraînement est couplé à l'arbre de sortie via l'ensemble de transmission.

Ainsi, le compresseur de charge n'est pas disposé directement sur l'arbre de sortie, mais est déporté grâce à l'ensemble de transmission. On peut alors obtenir une meilleure intégration de l'APU au sein de l'aéronef. Selon une possibilité, la partie motrice comprend une turbine, et la turbine, le compresseur de charge et le moteur électrique sont couplés en permanence à l'arbre de sortie.

Par « en permanence », on entend que l'APU ne comprend pas de système tel qu'un embrayage qui permettrait de découpler mécaniquement le compresseur de charge et le moteur électrique de l'arbre de sortie ; en d'autres termes, l'arbre de sortie entraîne inévitablement le compresseur de charge et le moteur électrique, et vice versa. L'APU est donc plus fiable et présente une masse et un encombrement réduits, puisqu'elle ne comprend pas d'embrayages complexes mécaniquement.

Selon une possibilité,

la partie motrice comprend un compresseur disposé sur un arbre principal distinct de l'arbre de sortie,

l'APU comprend en outre un générateur-démarreur électrique couplé à l'arbre principal, et

le convertisseur électrique est configuré en outre pour convertir une puissance électrique fournie par une source de puissance électrique embarquée à bord de l'aéronef et fournir la puissance électrique convertie au moteur- générateur électrique.

Le générateur-démarreur permet de d'entraîner en rotation la partie motrice sans consommer de carburant. De plus, grâce au générateur-démarreur, l'APU est capable de fournir de la puissance électrique à l'aéronef en faisant fonctionner la partie motrice, par exemple en consommant du carburant embarqué dans l'aéronef.

Selon une possibilité, l'APU comprend un premier système de découplage pour découpler le moteur électrique de l'ensemble de transmission.

Lorsque le premier système de découplage a découplé le moteur électrique de l'ensemble de transmission, la partie motrice peut fonctionner sans entraîner le moteur électrique et donc sans risquer de générer au sein de celui-ci des courants indésirables qui sont des sources potentielles d'incendie. La sécurité de l'APU est donc améliorée.

Selon une possibilité, l'APU comprend un deuxième système de découplage pour découpler le moteur électrique et le compresseur de charge de l'arbre de sortie.

Lorsque le deuxième système de découplage a découplé le moteur électrique et le compresseur de charge de l'arbre de sortie, le moteur électrique n'entraîne pas inutilement la partie motrice, ce qui est bénéfique pour l'efficacité énergétique de l'APU. Selon une possibilité, l'APU comprend un dispositif configuré pour stopper l'admission d'air dans le compresseur de charge.

Lorsque l'admission d'air dans le compresseur de charge est stoppée, la traînée aérodynamique au sein de celui-ci est significativement diminuée. Le couple à fournir pour entraîner le compresseur de charge pendant la phase d'amorçage est donc diminué, ce qui est bénéfique pour la consommation électrique de l'APU. Une fois que le compresseur de charge est arrivé à sa vitesse de rotation souhaitée, l'admission d'air est rétablie et le compresseur de charge peut fournir de l'air sous pression à l'aéronef.

Un deuxième mode de réalisation de l'invention fournit une APU comprenant :

un compresseur de charge configuré pour fournir de l'air sous pression à l'aéronef ; et

une partie motrice pouvant entraîner le compresseur de charge ; un moteur électrique pouvant entraîner le compresseur de charge; un connecteur électrique d'alimentation configuré pour fournir au moteur électrique une puissance électrique fournie par une source de puissance électrique extérieure à l'aéronef ;

un interrupteur interposé sur une liaison entre le premier moteur électrique et le connecteur électrique d'alimentation, ladite liaison étant l'unique liaison électrique entre le moteur électrique et le connecteur électrique d'alimentation;

un générateur-démarreur électrique pouvant entraîner le moteur électrique ; et

un convertisseur électrique configuré pour convertir une puissance électrique fournie par une source de puissance électrique embarquée à bord de l'aéronef et fournir la puissance électrique convertie au générateur-démarreur électrique.

Avec l'APU selon le deuxième mode de réalisation, le convertisseur électrique n'est utilisé que lors de la phase d'amorçage du compresseur de charge à l'aide du générateur-démarreur électrique alimenté par la source de puissance électrique embarquée à bord de l'aéronef. Lorsque que le compresseur de charge et le moteur électrique ont atteint le point de fonctionnement souhaité, l'interrupteur relie le moteur électrique au connecteur électrique d'alimentation et donc à la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef. Puisque le convertisseur électrique ne fonctionne que pendant cette phase de démarrage, il peut être plus léger et moins volumineux que s'il devait fonctionner pendant tout le fonctionnement de l'APU. En outre, les pertes électriques dans l'interrupteur étant négligeables, l'efficacité énergétique de l'APU est augmentée. Selon une possibilité, l'APU est configurée de sorte que l'interrupteur se ferme pour fournir la puissance électrique fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef soit fournie sans conversion au moteur électrique.

Selon une possibilité, le moteur électrique est un moteur électrique asynchrone.

Ainsi, le moteur électrique peut être relié directement à la source de puissance électrique extérieure, aucun convertisseur électrique n'étant nécessaire.

Selon une possibilité, l'APU comprend en outre un dispositif configuré pour stopper l'admission d'air dans le compresseur de charge, avec les mêmes avantages que ceux évoqués ci-dessus.

Selon une possibilité, l'APU comprend un premier système de découplage pour découpler le moteur électrique de l'ensemble de transmission, avec les mêmes avantages que ceux évoqués ci-dessus.

Selon une possibilité, l'APU comprend en outre un deuxième système de découplage pour découpler le moteur électrique et le compresseur de charge de l'arbre de sortie, avec les mêmes avantages que ceux évoqués ci-dessus. Brève description des dessins

L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit de plusieurs modes de réalisations, représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 représente l'APU proposée dans la demande de brevet français n°1559019 ;

- la figure 2A représente une APU selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 2B représente une variante de l'APU représentée sur la figure

2A ;

- la figure 2C représente une autre variante de l'APU représentée sur la figure 2A ;

- la figure 3 représente encore une autre variante d'APU selon le premier mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 4 représente une APU selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins, une flèche continue grasse représente un flux de carburant, une flèche continue fine représente un flux d'air, une flèche en pointillés représente un flux de puissance électrique, et une flèche courbe symbolise la rotation d'un arbre.

Description détaillée de l'invention

On va d'abord décrire un premier mode de réalisation de l'invention à l'aide des figures 2A, 2B, 2C et 3.

Les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par des signes de référence identiques et ne sont pas décrits en détail à nouveau.

De même, dans la suite, les éléments identiques d'un mode de réalisation à l'autre seront désignés par des signes de référence identiques ne seront décrits qu'une fois.

La figure 2A représente une APU 1A selon une première variante du premier mode de réalisation de l'invention.

L'APU 1A est typiquement configurée pour être embarquée à bord d'un aéronef. En général, l'APU 1A est configurée pour être disposée à l'arrière de l'aéronef (par exemple dans le cône de queue). Le carburant 4 est en général le même carburant que celui qui alimente le(s) moteur(s) de l'aéronef, et est par exemple du kérosène.

L'APU 1A comprend un moteur électrique 60 pouvant entraîner le compresseur de charge 30, et un connecteur électrique d'alimentation 61. Le connecteur électrique d'alimentation 61 peut être relié à une source de puissance électrique extérieure à l'aéronef, par exemple une GPU ou un FEGP, afin de fournir au moteur électrique 60 une puissance électrique 6' fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef.

Une unité de conversion électrique UC est interposée entre le premier moteur électrique 60 et le connecteur électrique d'alimentation 61.

L'unité de conversion électrique UC est capable de fournir sans conversion la puissance électrique 6' fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef au moteur électrique 60. Par « sans conversion », on entend que l'unité de conversion électrique UC fournit la puissance électrique 6' au moteur électrique 60 sans en modifier les caractéristiques (amplitude, fréquence, phase, etc.) : les pertes électriques au sein de l'unité de conversion électrique UC sont alors négligeables.

L'unité de conversion électrique UC est aussi capable de convertir la puissance électrique 6' fournie par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef, c'est-à-dire de la transformer en une puissance électrique convertie 6 de caractéristiques différentes (amplitude, fréquence, phase, etc.), et de fournir au moteur électrique 60 la puissance électrique convertie 6.

Dans l'exemple représenté sur la figure 2A, l'unité de conversion électrique UC comprend un convertisseur électrique 62, et une liaison électrique entre le premier moteur électrique 60 et le connecteur électrique d'alimentation 61 ne passant pas par le convertisseur électrique 62.

Le convertisseur électrique 62 est interposé entre le moteur électrique 60 et le connecteur électrique d'alimentation 61 et est configuré pour convertir la puissance électrique 6'. Le convertisseur électrique 62 est configuré pour effectuer la conversion de la puissance électrique 6' en puissance électrique 6.

La liaison électrique peut être pourvue d'un premier interrupteur 63 interposé entre le moteur électrique 60 et le connecteur électrique d'alimentation

61 et permettant de court-circuiter le convertisseur électrique 62. En d'autres termes, lorsque le premier interrupteur 63 est fermé, la puissance électrique 6' arrive directement au moteur électrique 60 sans passer par le convertisseur électrique 62. Le premier interrupteur 63 réalise alors la fourniture de puissance sans conversion au moteur électrique 60.

On remarquera que le premier interrupteur 63 et le convertisseur électrique

62 sont généralement connectés en parallèle entre le connecteur électrique d'alimentation 61 et le moteur électrique 60.

Comme l'APU 100 décrite plus haut, l'APU 1A présente :

- un premier mode de fonctionnement dans lequel on utilise la puissance mécanique fournie par la partie motrice 10 pour entraîner le compresseur de charge 30, et

- un deuxième mode de fonctionnement dans lequel on utilise la puissance électrique 6' pour entraîner le compresseur de charge 30. L'APU 1A peut être amorcée dans le deuxième mode de fonctionnement de la manière suivante. Par « amorçage », on entend la mise en rotation du compresseur de charge 30. Cet amorçage est effectué par le moteur électrique 60 alimenté par la puissance électrique convertie 6.

Initialement, le compresseur de charge 30 est à l'arrêt et le premier interrupteur 63 est ouvert. On relie le connecteur électrique d'alimentation 61 à la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef. Le convertisseur électrique 62 convertit la puissance électrique 6' en une puissance électrique convertie 6, et fait varier la puissance électrique convertie 6 de telle sorte que le moteur électrique 60 et le compresseur de charge 30 atteignent un point de fonctionnement souhaité, correspondant à la vitesse de synchronisme du moteur électrique 60 (c'est-à-dire la vitesse du moteur électrique 60 lui permettant d'être alimenté par la puissance électrique 6' sans conversion). Lorsque le point de fonctionnement souhaité est atteint, le premier interrupteur 63 se ferme. Le moteur électrique 60 est alors alimenté directement, sans conversion, par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef.

On comprend donc que le convertisseur électrique 62 ne fonctionne que pendant cette phase de démarrage. Ainsi, le convertisseur électrique 62 peut être plus léger et moins volumineux que s'il devait fonctionner pendant tout le fonctionnement de l'APU 1A. En outre, les pertes électriques dans le premier interrupteur 63 étant négligeables, l'efficacité énergétique de l'APU 1A est augmentée.

Le moteur électrique 60 est de préférence un moteur synchrone, ce type de moteur électrique étant plus léger et présentant une meilleure efficacité énergétique qu'un moteur asynchrone. Dans ce cas, le premier interrupteur 63 se ferme lorsque la tension de sortie du convertisseur électrique 62 et la tension en sortie de la source de puissance électrique extérieure sont en phase et ont la même amplitude (ou sensiblement la même amplitude). Plus préférablement encore, le moteur électrique 60 est un moteur synchrone à rotor bobiné.

Le moteur électrique 60 peut également être un moteur asynchrone. Le moteur électrique 60 peut alors supporter la fermeture du premier interrupteur 63 alors que la tension de sortie du convertisseur électrique 62 et la tension en sortie de la source de puissance électrique extérieure diffèrent en amplitude (par exemple jusqu'à 20%) et/ou en phase. Ceci permet de réduire la durée de la phase d'amorçage.

De préférence, l'APU 1A comprend un dispositif 30A configuré pour stopper l'admission d'air 2 dans le compresseur de charge 30, par exemple un obturateur situé dans le conduit d'admission du compresseur de charge 30.

Pendant la phase d'amorçage dans le deuxième mode de fonctionnement, le dispositif 30A stoppe l'admission d'air dans le compresseur de charge 30 est stoppée, ce qui diminue significativement la traînée aérodynamique au sein du compresseur de charge 30 et peut même y créer un vide partiel. Le couple à fournir pour entraîner le compresseur de charge 30 pendant la phase d'amorçage est donc diminué, ce qui est bénéfique pour la consommation électrique de l'APU 1A et permet de diminuer la taille du convertisseur électrique 62.

Après que le premier interrupteur 63 s'est fermé, le dispositif 30A rétablit l'admission d'air 2 dans le compresseur de charge 30, qui peut alors fournir de l'air sous pression 3 à l'aéronef.

Comme on peut le voir sur la figure 2A, l'APU 1A comprend un ensemble de transmission 50, et l'arbre 52 du moteur électrique 60 est couplé à l'arbre de sortie 22 via l'ensemble de transmission 50. Ainsi, le moteur électrique 60 n'est pas disposé directement sur l'arbre de sortie 22, mais est déporté grâce à l'ensemble de transmission 50. On peut alors obtenir une meilleure intégration de l'APU 1A au sein de l'aéronef.

Dans la première variante représentée sur la figure 2A, le compresseur de charge 30 est disposé sur l'arbre de sortie 22. Par « disposé sur », on entend que l'organe d'entraînement du compresseur de charge 30 est l'arbre de sortie 22.

La figure 2B représente une APU 1B selon une deuxième variante du premier mode de réalisation de l'invention.

Dans cette deuxième variante, l'ensemble de transmission 50 comprend un arbre d'entraînement 53 distinct de l'arbre de sortie 22 et de l'arbre 52 du moteur électrique 60, le compresseur de charge 30 est disposé sur l'arbre d'entraînement 53, et l'arbre d'entraînement 53 est couplé à l'arbre de sortie 22 via l'ensemble de transmission 50. Par « disposé sur », on entend que l'organe d'entraînement du compresseur de charge 30 est l'arbre d'entraînement 53.

Ainsi, le compresseur de charge 30 n'est pas disposé directement sur l'arbre de sortie 22, mais est déporté grâce à l'ensemble de transmission 50. On peut alors obtenir une meilleure intégration de l'APU 1B au sein de l'aéronef.

La figure 2C représente une APU 1C selon une troisième variante du premier mode de réalisation de l'invention.

Dans cette troisième variante, les turbines 13 et 21 et le compresseur 11 sont disposés sur l'arbre de sortie 22, l'arbre principal 14 étant supprimé. Le générateur de gaz 10' est alors qualifié de « générateur à gaz à turbine liée », voire simplement de « turbine liée ». Le générateur de gaz 10' est alors plus léger, de construction plus simple, et plus compact.

Dans les variantes représentées sur les figures 2A, 2B et 2C, la turbine 22, le compresseur de charge 30 et le moteur électrique 60 sont couplés en permanence à l'arbre de sortie 22. Par « en permanence », on entend que l'APU 1A, 1B ou 1C ne comprend pas de système tel qu'un embrayage qui permettrait de découpler mécaniquement le compresseur de charge 30 et le moteur électrique 60 de l'arbre de sortie 22 ; en d'autres termes, l'arbre de sortie 22 entraîne inévitablement le compresseur de charge 30 et le premier moteur électrique 60, et vice versa. L'APU 1A, 1B ou 1C est donc plus fiable et présente une masse et un encombrement réduits, puisqu'elle ne comprend pas d'embrayages complexes mécaniquement.

La figure 3 représente une APU 1D selon une quatrième variante du premier mode de réalisation de l'invention.

L'APU 1D comprend un générateur-démarreur électrique 70. Le générateur- démarreur électrique 70 est couplé à l'arbre principal 14.

Le convertisseur électrique 62 est capable de convertir en outre une puissance électrique 7' fournie par une source de puissance électrique embarquée à bord de l'aéronef (typiquement une ou plusieurs batteries et/ou piles à combustible) et de fournir la puissance électrique convertie 7 au générateur-démarreur électrique 70.

Un deuxième interrupteur 73 est interposé entre le convertisseur électrique 62 et le générateur-démarreur électrique 70, et permet de commander l'alimentation ou non en électricité du générateur-démarreur électrique 70.

Comme on le voit sur la figure 3, un troisième interrupteur 64 est interposé entre le convertisseur électrique 62 et le moteur électrique 60, et un quatrième interrupteur 65 est interposé entre le connecteur électrique d'alimentation 61 et le convertisseur électrique 62.

L'APU 1D peut être amorcée dans le deuxième mode de fonctionnement évoqué ci-dessus de la manière suivante.

Initialement, le compresseur de charge 30 est à l'arrêt, et les différents interrupteurs de l'APU 1D sont ouverts. On relie le connecteur électrique d'alimentation 61 à la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef. Les interrupteurs 65 et 64 se ferment. Le premier convertisseur électrique 62 convertit la puissance électrique 6' en une puissance électrique convertie 6, et fait varier la puissance électrique convertie 6 de telle sorte que le moteur électrique 60 et le compresseur de charge 30 atteignent un point de fonctionnement souhaité, correspondant à la vitesse de synchronisme du moteur électrique 60. Lorsque le point de fonctionnement souhaité est atteint, les interrupteurs 65 et 64 s'ouvrent et l'interrupteur 63 se ferme. Le moteur électrique 60 est alors alimenté directement, sans conversion, par la source de puissance électrique extérieure à l'aéronef.

L'APU 1D peut être démarrée dans le premier mode de fonctionnement évoqué ci-dessus de la manière suivante.

Initialement, la partie motrice 10 est à l'arrêt, et les différents interrupteurs de l'APU 1D sont ouverts. Le deuxième interrupteur 73 se ferme. La source de puissance électrique embarquée à bord de l'aéronef fournit au convertisseur électrique 62 une puissance électrique 7'. Le convertisseur électrique 62 convertit la puissance électrique 7' et fournit la puissance électrique convertie 7 au générateur-démarreur électrique 70, lequel entraîne l'arbre principal 14. La puissance électrique convertie 7 varie de telle sorte que la vitesse de rotation de l'arbre principal 14 augmente progressivement. La combustion dans la chambre de combustion 4 commence jusqu'à produire suffisamment de gaz de combustion 5 pour accélérer la vitesse de rotation de l'arbre principal 14. Lorsque la vitesse de rotation souhaitée de l'arbre principal 14 est atteinte, le deuxième interrupteur 73 s'ouvre. L'APU 1D peut comprendre un premier système de découplage 56 pour découpler le moteur électrique 60 de l'ensemble de transmission 50. Lorsque le premier système de découplage 56 a découplé le moteur électrique 60, il n'y a pas de risque de générer au sein du moteur électrique 60 des courants électriques indésirables qui sont des sources potentielles d'incendie.

L'APU 1D peut comprendre un deuxième système de découplage 57 pour découpler le moteur électrique 60 et le compresseur de charge 30 de l'arbre de sortie 22. Lorsque le deuxième système de découplage 57 a découplé le moteur électrique 60 de l'arbre de sortie 22, le moteur électrique 60 n'entraîne pas inutilement la partie motrice 10, ce qui limite la puissance électrique nécessaire pour l'APU 1D dans le deuxième mode de fonctionnement.

La puissance électrique 7' peut être fournie au convertisseur électrique 62 via une unité de distribution 91 reliée au réseau électrique de bord de l'aéronef. Un convertisseur électrique supplémentaire 82 peut être interposé entre l'unité de distribution 91 et le convertisseur électrique 62.

Le générateur-démarreur électrique 70 est un moteur électrique réversible capable de produire une puissance électrique. Ainsi, lorsqu'il est entraîné en rotation par l'arbre de sortie 22, le générateur-démarreur électrique 70 produit une puissance électrique. L'APU 1D comprend en général une unité de distribution 92 reliée au réseau électrique de bord de l'aéronef pour fournir la puissance électrique 7" ainsi produite à l'aéronef.

L'APU 1D présente ainsi un troisième mode de fonctionnement dans lequel elle fournit à l'aéronef une puissance électrique en l'absence de toute source extérieure de puissance électrique. On peut prévoir que l'APU 1D comprend un cinquième interrupteur 66 interposé entre le générateur-démarreur électrique 70 et l'unité de distribution 92, cet interrupteur 66 étant fermé dans le troisième mode de fonctionnement et ouvert sinon.

On remarquera que ce troisième mode de fonctionnement peut également être utilisé en cas de défaillance d'autres sources embarquées de puissance électrique lorsque l'aéronef est en vol.

La figure 4 représente une APU selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

Comme les APU 1A, 1B, 1C et 1D, l'APU est typiquement configurée pour être embarquée à bord d'un aéronef, et en général pour être disposée à l'arrière de l'aéronef (par exemple dans le cône de queue). Le carburant 4 est en général le même carburant que celui qui alimente le(s) moteur(s) de l'aéronef, et est par exemple du kérosène. L'APU l' comprend un générateur-démarreur électrique 70' identique au générateur-démarreur électrique 70 de la figure 3, si ce n'est qu'il peut entraîner l'arbre de sortie 22 et non l'arbre principal 14, typiquement via l'ensemble de transmission 50. On comprend ainsi que le générateur- démarreur électrique 70' peut entraîner l'arbre de sortie 22 de la partie motrice 10, et le moteur électrique 60.

L'arbre 59 du générateur-démarreur électrique 70' est typiquement distinct de l'arbre d'entraînement 53 et de l'arbre 52 du moteur électrique 60.

L'APU l' comprend un convertisseur électrique 62' identique au convertisseur électrique 62 de la figure 3, si ce n'est qu'il n'est pas relié au connecteur électrique d'alimentation 61.

Un interrupteur 63' est interposé sur une liaison entre le moteur électrique 60 et le connecteur électrique d'alimentation 61, ladite liaison étant l'unique liaison électrique entre le moteur électrique 60 et le connecteur électrique d'alimentation 61. Ainsi, lorsque l'interrupteur 63' est ouvert, aucune source de puissance électrique n'alimente le moteur électrique 60.

D'autre part, l'APU est généralement configurée de sorte que l'interrupteur 63' se ferme pour fournir la puissance électrique 6' sans conversion au moteur électrique 60, comme cela va être détaillé ci-dessous.

Dans une variante, le moteur électrique 60 est un moteur électrique asynchrone.

Pour démarrer l'APU l' dans le deuxième mode de fonctionnement, il suffit alors de connecter le connecteur électrique d'alimentation 61 à une source de puissance électrique extérieure et de fermer l'interrupteur 63', aucun convertisseur électrique n'étant nécessaire pour alimenter le moteur électrique 60. On envisage ainsi que seul le premier interrupteur 63' est interposé entre le connecteur électrique d'alimentation 61 et le moteur électrique 60, c'est-à-dire qu'aucun convertisseur n'est interposé entre le connecteur électrique d'alimentation 61 et le moteur électrique 60, ce qui élimine les inconvénients liés à un convertisseur électrique (masse, volume, pertes électriques).

Dans une autre variante, le moteur électrique 60 est un moteur électrique synchrone, de préférence un moteur électrique synchrone à rotor bobiné.

L'APU l' peut alors être amorcée dans le deuxième mode de fonctionnement de la manière suivante. On démarre tout d'abord la partie motrice 10 à l'aide du générateur-démarreur électrique 70' comme cela a été décrit ci-dessus. La partie motrice 10 entraîne ensuite progressivement le moteur électrique 60 jusqu'à ce que celui-ci atteigne sa vitesse de synchronisme définie par la fréquence de la source de puissance électrique extérieure. Une fois cette vitesse de synchronisme atteinte, l'interrupteur 63' se ferme. Le moteur électrique 60 fonctionne alors à sa vitesse de synchronisme et entraîne le compresseur de charge 30. On arrête ensuite d'alimenter en carburant la partie motrice 10, la partie motrice ne fournissant alors plus de puissance. Afin de limiter la puissance électrique consommée par le moteur électrique 60, le deuxième système de découplage 57 peut découpler l'arbre de sortie 22 du moteur électrique 60.

Pendant ces phases d'amorçage, il est préférable d'utiliser le dispositif 30A décrit ci-dessus pour limiter le couple à fournir par le moteur électrique 60 et le générateur-démarreur 70'.

Les autres modes de fonctionnement de l'APU sont identiques à ceux déjà décrits précédemment et ne sont donc pas décrits en détail à nouveau.

Les APU qui viennent d'être décrites peuvent comprendre une unité de commande (non représentée) afin de commander les différents modes de démarrage et de fonctionnement qui viennent d'être décrits, et en particulier l'ouverture et la fermeture des interrupteurs. Divers capteurs (non représentés) de tension électrique, de fréquence, de vitesse de rotation, etc., peuvent être prévus dans les APU pour fournir les données nécessaires à l'unité de commande.

La source de puissance électrique extérieure à l'aéronef est en général une source de courant triphasé, auquel cas le convertisseur électrique 62 est un convertisseur alternatif-alternatif ou continu-alternatif.

Bien entendu, le moteur électrique 60 est configuré pour pouvoir être alimenté à la tension et à la fréquence fournies par cette source de puissance électrique extérieure. Dans un exemple, cette source de puissance électrique extérieure fournit une tension de 115 Vac et à une fréquence de 400 Hz. La puissance fournie par la source de puissance électrique extérieure est par exemple de 250 kVA à 115 Vac.

La vitesse de synchronisme du moteur électrique 60 est en général choisie pour correspondre à un débit moyen attendu d'air sous pression devant être fourni par le compresseur de charge 30 à l'aéronef.

La source de puissance électrique embarquée à bord de l'aéronef est en général une source de courant continu, auquel cas le convertisseur électrique supplémentaire 82 est un convertisseur continu-continu, et le convertisseur électrique 62 est configuré pour effectuer une conversion continu-alternatif.

Le générateur-démarreur électrique 70 ou 70' présente typiquement une puissance maximale inférieure à celle du moteur électrique 60, par exemple de l'ordre de 20% à 50% de la puissance du moteur électrique 60. Dans un exemple, le générateur-démarreur électrique 70 ou 70' a une puissance maximale de 90 kVA à 115 Vac, et le moteur électrique 60 a une puissance maximale de 250 kVA à 115 Vac. On remarquera également que la partie motrice 10 peut comprendre une autre source de puissance mécanique que le générateur de gaz 10', pourvu qu'elle puisse fournir une puissance via l'arbre de sortie 22.

Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.