Titre de l'invention : Intégration de génératrices dans un flux d'air de réacteur d'avion

Domaine Technique

La présente invention se rapporte au domaine général de génération d'énergie électrique dans un aéronef et plus particulièrement de génération d'énergie électrique à partir d'un flux d'air.

Technique antérieure

Le besoin en énergie électrique des avions est de plus en plus important et les avionneurs exigent des performances moteur (fourniture électrique, puissance moteur, consommation, ...) de plus en plus élevées.

Pour pouvoir assurer l'alimentation en électricité de l'avion, certains avions possèdent des moteurs sur lesquels ont été ajoutés un ou plusieurs générateurs. Cependant, l'intégration de ces générateurs sur le moteur doit être réalisée en minimisant les impacts sur les performances du moteur, c'est-à-dire de la turbomachine.

FR 2 842 565 et FR 3 062 972 proposent ainsi l'utilisation de générateurs électriques couplés à un arbre moteur ou au rotor du compresseur pour produire de la puissance électrique. Cependant, en cas de défaillance ou de coupure du moteur, la production de cette puissance électrique peut être interrompue.

Il est donc souhaitable de disposer d'un moyen de production d'énergie électrique permettant de garantir les performances du moteur et d'être disponible même en cas de défaillance du moteur.

Exposé de l'invention

L'invention concerne une turbomachine comprenant : - une soufflante disposée selon un axe longitudinal de la turbomachine,

- une veine primaire apte à acheminer un flux d'air primaire de la soufflante à travers un compresseur, une chambre de combustion et une turbine de la turbomachine,

- une nacelle annulaire entourant la soufflante de façon à délimiter une veine secondaire apte à acheminer un flux d'air secondaire de la soufflante dont la température est inférieure à celle du flux d'air primaire de la soufflante, le flux d'air secondaire de la soufflante s'étendant autour du flux d'air primaire de la soufflante, et

- des bras de support disposés autour de l'axe longitudinal entre la nacelle annulaire et un moyeu qui délimite les veines primaire et secondaire, caractérisée en ce qu'elle comprend également un dispositif de génération d'énergie électrique monté en regard ou de sorte à pouvoir être disposé en regard d'un des bras de support dans le flux d'air secondaire et entraîné par le flux d'air secondaire.

Grâce à l'invention, il est possible de générer de l'électricité par le biais du dispositif de génération d'énergie électrique en utilisant de la puissance aérodynamique disponible.

De plus, le dispositif de génération d'énergie électrique est monté et entraîné par le flux d'air secondaire indépendamment du fonctionnement du moteur. Cela permet une génération électrique même en cas de coupure du moteur, comme en cas de rotation libre de la turbine du moteur (« Windmilling » en anglais).

Par ailleurs, le fait d'être placé dans le flux d'air secondaire permet de réduire les problèmes fonctionnels d'installation du dispositif de génération d'énergie électrique, car le flux d'air secondaire est plus froid que le flux primaire, et l'espace alloué pour son installation est plus important dans la veine secondaire.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, la turbomachine comprend une pluralité de dispositifs de génération d'énergie électrique montés en regard ou de sorte à pouvoir être disposés en regard des bras de support dans le flux d'air secondaire et entraînés par le flux d'air secondaire. Le fait d'avoir une pluralité de dispositifs de génération d'énergie électrique permet également une redondance de la production d'électricité qui est particulièrement utile en cas de défaillance d'un des dispositifs.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, les dispositifs de génération d'énergie électrique sont agencés en lignes et/ou en colonnes.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, au moins un des dispositifs de génération d'énergie électrique est monté sur un bras de support.

Cela permet de ne pas gêner le flux d'air secondaire passant dans la veine secondaire.

Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins un des dispositifs de génération d'énergie électrique est monté sur un support disposé autour de l'axe longitudinal de la turbomachine entre les bras de support.

Cela permet aux dispositifs de génération d'énergie électrique d'utiliser tout le flux d'air passant dans la veine secondaire.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, au moins un des dispositifs de génération d'énergie électrique monté sur un bras de support ou sur un support disposé autour de l'axe longitudinal de la turbomachine entre les bras de support du moteur est disposé face au flux d'air secondaire ou dans le sens du flux d'air secondaire.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins un des dispositifs de génération d'énergie électrique est monté sur la nacelle radialement par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, les dispositifs de génération d'énergie électrique montés radialement sur la nacelle sont placés entre les bras de support ou en amont des bras de support par rapport au flux d'air secondaire.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la nacelle comprend au moins une cavité dans laquelle est monté un des dispositifs de génération d'énergie électrique.

Cela permet de limiter les perturbations du flux d'air dans la veine secondaire. Cela peut, par exemple, être le cas lors d'une génération de forte poussée. Selon une caractéristique particulière de l'invention, une cavité de la nacelle comprend une trappe escamotable.

La trappe escamotable permet d'obturer ou non l'accès du flux d'air secondaire au dispositif de génération d'énergie électrique et ainsi préserver un flux efficace lorsque l'on n'a pas besoin de générer de l'électricité à partir desdits dispositifs. Cela permet d'améliorer le fonctionnement du moteur, car les besoins en énergie diffèrent selon les phases de vol : décollage, atterrissage ou plein vol.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, les cavités de la nacelle sont des entrées d'air NACA.

Un autre objet de l'invention concerne un aéronef comprenant au moins une turbomachine selon l'invention.

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 des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.

[Fig. IA] La figure IA représente, de manière schématique et partielle, une vue d'une turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention.

[Fig. IB] La figure IB représente, de manière schématique et partielle, une vue détaillée de la turbomachine de la figure IA.

[Fig. 2] La figure 2 représente, de manière schématique et partielle, une vue d'une turbomachine selon un autre mode de réalisation de l'invention.

[Fig. 3A] La figure 3A représente, de manière schématique et partielle, une vue d'une turbomachine selon un autre mode de réalisation de l'invention.

[Fig. 3B] La figure 3B représente, de manière schématique et partielle, une vue détaillée de la turbomachine de la figure 3A.

[Fig. 4A] La figure 4A représente, de manière schématique et partielle, une vue d'une turbomachine selon un autre mode de réalisation de l'invention. [Fig. 4B] La figure 4B représente, de manière schématique et partielle, une vue détaillée de la turbomachine de la figure 4A.

Description des modes de réalisation

Les figures IA et IB représentent, de manière schématique et partielle, une turbomachine 100 selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure IB étant une vue détaillée de la figure IA.

La turbomachine 100 comprend un moteur à turbine à gaz 110, une soufflante 120 disposée selon un axe longitudinal X de la turbomachine 100, une nacelle 160 annulaire entourant le moteur 110 et la soufflante 120, une veine primaire 130 apte à acheminer un flux d'air primaire de la soufflante 120 et une veine secondaire 140 délimitée par la nacelle 160 apte à acheminer un flux d'air secondaire de la soufflante 120 ayant une température inférieure à celle du flux primaire. Le flux d'air secondaire s'étend autour du flux d'air primaire.

La turbomachine 100 comprend également des bras de support 150 disposés autour de l'axe longitudinal X de la turbomachine 100 entre la nacelle 160 et un moyeu qui délimite les veines primaire et secondaire.

Conformément à l'invention, la turbomachine 100 comprend un dispositif de génération d'énergie électrique 171, 172, 173, 174, plus particulièrement, dans cet exemple de réalisation, la turbomachine 100 en comprend plusieurs. Ces dispositifs de génération d'énergie électrique sont montés dans le flux d'air secondaire et entraînés par ce flux d'air. Plus précisément, les dispositifs de génération électrique 171 à 174 sont montés en regard des bras de support 150, sur des supports disposés autour de l'axe longitudinal X de la turbomachine 100 entre les bras de support 150. Les supports peuvent également être disposés au même niveau que les bras de support 150 ou en amont ou en aval des bras de support 150 par rapport à la direction du flux d'air secondaire. Cela permet notamment de pouvoir utiliser tout le flux d'air passant dans la veine secondaire 140. De plus, les dispositifs de génération électrique 171 à 174 peuvent être disposés face au flux d'air secondaire, ce qui est représenté sur la figure IB ou dans le sens du flux d'air secondaire.

La figure 2 représente, de manière schématique et partielle, une turbomachine 200 selon un second mode de réalisation de l'invention.

La turbomachine 200 comprend un moteur à turbine à gaz 210, une soufflante 220 disposée selon un axe longitudinal X de la turbomachine 200, une nacelle annulaire, non représentée sur la figure 2, entourant la soufflante 220, une veine primaire 230 apte à acheminer un flux d'air primaire de la soufflante 220 et une veine secondaire 140 délimitée par la nacelle 260 apte à acheminer un flux d'air secondaire de la soufflante 220 ayant une température inférieure à celle du flux primaire. Le flux d'air secondaire s'étend autour du flux d'air primaire.

La turbomachine 200 comprend également des bras de support 250, 251 disposés autour de l'axe longitudinal X de la turbomachine 200 entre la nacelle 260 et un moyeu qui délimite les veines primaire et secondaire.

La turbomachine 200 comprend plusieurs dispositifs de génération d'énergie électrique 271, 272, 273, 274. Ces dispositifs de génération d'énergie électrique sont montés dans le flux d'air secondaire et entraînés par ce flux d'air. Plus précisément, les dispositifs de génération électrique 271 à 273 sont montés sur le bras de support 250 et le dispositif de génération électrique 274 sur le bras de support 251. Cela permet notamment de ne pas gêner le flux d'air passant dans la veine secondaire 240.

De plus, les dispositifs de génération électrique 271 à 274 peuvent être disposés face au flux d'air secondaire ou dans le sens du flux d'air secondaire, ce qui est représenté sur la figure 2.

Les figures 3A et 3B représentent, de manière schématique et partielle, une turbomachine 300 selon un troisième mode de réalisation de l'invention, la figure 3B étant une vue détaillée de la figure 3A.

La turbomachine 300 comprend un moteur à turbine à gaz 310, une soufflante 320 disposée selon un axe longitudinal X de la turbomachine 300, une nacelle 360 annulaire entourant le moteur 310, une veine primaire 330 apte à acheminer un flux d'air primaire de la soufflante 320 et une veine secondaire 340 délimitée par la nacelle 360 apte à acheminer un flux d'air secondaire de la soufflante 320 ayant une température inférieure à celle du flux primaire. Le flux secondaire s'étend autour du flux primaire.

La turbomachine 300 comprend également des bras de support 350 disposés autour de l'axe longitudinal X de la turbomachine 300 entre la nacelle 360 et un moyeu délimitant les veines primaire et secondaire.

La turbomachine 300 comprend une pluralité de dispositifs de génération d'énergie électrique 371, 372, 373, 374, 375 montés dans le flux d'air secondaire et entraînés par ce même flux d'air. Les dispositifs d'énergie électrique 371 à 375 sont montés sur la nacelle 360 radialement par rapport à l'axe longitudinal X de la turbomachine 300.

Les dispositifs de génération d'énergie électrique peuvent être placés dans la nacelle 360 en amont des bras de support 350, c'est-à-dire entre la soufflante 320 et les bras de support 350 comme le dispositif 375, ou en avant des bras de support 350, ou au même niveau que les bras de support comme le dispositif 374.

Afin de limiter la perturbation du flux d'air dans la veine secondaire 340, il est possible de prévoir un escamotage radial des dispositifs de génération d'énergie électrique. L'escamotage radial est par exemple de type mécanique ou hydraulique. Ainsi, les dispositifs de génération d'énergie électrique peuvent être disposés en regard des bras de support ou alors ils peuvent être rétractés.

Les figures 4A et 4B représentent, de manière schématique et partielle, une turbomachine 400 selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, la figure 4B étant une vue détaillée de la figure 4A.

Comme dans les modes de réalisation précédents, la turbomachine 400 comprend un moteur à turbine à gaz 410, une soufflante 420 disposée selon un axe longitudinal X de la turbomachine 400, une nacelle 460 annulaire entourant le moteur 110, une veine primaire 430 apte à acheminer un flux d'air primaire de la soufflante 420 et une veine secondaire 140 délimitée par la nacelle 460 apte à acheminer un flux d'air secondaire de la soufflante 420 ayant une température inférieure à celle du flux primaire. Elle comprend également des bras de support 450 disposés autour de l'axe longitudinal X de la turbomachine 100 entre la nacelle 460 et un moyeu délimitant les veines primaire et secondaire.

La turbomachine 400 comprend au moins deux dispositifs de génération d'énergie électrique 471 et 472 montés dans le flux d'air secondaire et entraînés par ce même flux d'air. Les dispositifs d'énergie électrique 471 et 472 sont montés sur la nacelle 460 radialement par rapport à l'axe longitudinal X de la turbomachine 400. Plus précisément la nacelle 460 comprend des cavités 470 dans lesquelles se trouvent au moins un dispositif de génération d'énergie électrique 471. La cavité 470 peut comprendre une trappe 461 amovible de manière à fermer ou ouvrir la cavité 470 selon les besoins en énergie électrique. Ainsi, dans le cas où il n'y a pas besoin de produire de l'énergie électrique, on peut fermer la cavité 470 grâce à la trappe 461 pour que le dispositif d'énergie électrique 471 ne perturbe pas le flux d'air secondaire.

La cavité 470 peut également être une entrée d'air de type NACA. Une entrée d'air de type NACA est une prise fluide dont la géométrie est optimisée pour limiter au maximum les pertes de charge et la traînée. L'entrée possède, par exemple, une rampe de faible pente avec des parois incurvées vers l'intérieur de la surface exposée au fluide, donc ici exposée au flux d'air secondaire. Cela permet d'augmenter le flux d'air collecté par le dispositif de génération d'énergie électrique présent dans cette cavité 470 tout en perturbant le moins possible la couche limite en surface de la nacelle.

Quel que soit le mode de réalisation, les dispositifs de génération d'énergie électrique peuvent être des soufflantes ou des rouets. Par exemple, dans le cas de dispositifs de génération d'énergie électrique placés radialement par rapport à l'axe longitudinal X de la turbomachine, les dispositifs peuvent être des rouets. Dans le cas de dispositifs de génération d'énergie électrique placés axialement par rapport à l'axe longitudinal X de la turbomachine, les dispositifs peuvent être des soufflantes.

Quel que soit le mode de réalisation, il est possible de faire varier le placement des dispositifs de génération d'énergie électrique sur la turbomachine, ainsi la turbomachine peut comprendre ces dispositifs radialement sur la nacelle et/ou sur les bras de support du moteur et/ou sur des supports disposés autour de l'axe longitudinal de la turbomachine entre les bras de support du moteur.

Quel que soit le mode de réalisation, il est également possible de placer les dispositifs de génération d'énergie électrique sur toute la longueur de la nacelle annulaire en colonnes et/ou en lignes. De plus, les dispositifs peuvent également être agencés entre eux en quinconce.