ES2638778T3

ES2638778T3 - Conjunto de propulsión eléctrica para una aeronave

Info

Publication number: ES2638778T3
Application number: ES14731219.3T
Authority: ES
Inventors: Emmanuel Joubert; Hichem SMAOUI; Charles NESPOULOUS; Bruno RECHAIN
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: CN105408207B; CN105408207A; EP3007977A1; US20160137305A1; US10138899B2; WO2014198923A1; EP3007977B1; FR3006996A1; FR3006996B1

Abstract

Conjunto de propulsión eléctrica para una aeronave que comprende una barquilla (10) que comprende a su vez una cubierta de la barquilla que delimita un volumen interno en el cual está situada una unidad de propulsión eléctrica de la aeronave que incluye un ventilador (13), un conjunto motor (12) eléctrico situado detrás de la citada unidad de propulsión y conectado a ésta última para alimentar de energía eléctrica la citada unidad de propulsión cuando está en funcionamiento y un sistema de control que comprende un sistema electrónico de potencia, definiendo el espacio delimitado entre el citado conjunto motor y la citada cubierta de la barquilla un conducto en el cual está destinado a circular un flujo de aire creado por el citado ventilador (13) cuando está en funcionamiento para proporcionar un empuje a la citada aeronave, caracterizado porque: - el citado sistema electrónico de potencia comprende al menos un intercambiador de calor que permite transferir la energía térmica del citado sistema hacia un fluido de trabajo con el fin de refrigerar el citado sistema; - el citado al menos un intercambiador está situado al menos en parte sobresaliendo del citado circuito de tal manera que el citado fluido de trabajo está constituido por el citado flujo de aire generado por el citado ventilador (13) cuando está en funcionamiento; caracterizado porque la barquilla (10) define un eje longitudinal y porque el citado conjunto motor está unido a la citada barquilla por uno o varios juegos de brazos orientados radialmente o de manera sensiblemente radial con respecto al citado eje longitudinal, comprendiendo al menos algunos de los citados brazos un desviador de refrigeración con el objetivo de desviar una parte del flujo de aire creado por el ventilador (13) hacia el citado conjunto motor con vistas a su refrigeración.

Description

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DESCRIPCION

Conjunto de propulsion electrica para una aeronave Campo del invento

El presente invento se refiere a un conjunto de propulsion electrica para una aeronave que presenta una arquitectura original para la refrigeracion de su sistema electronico de potencia.

Considera ademas una aeronave provista de tal conjunto de propulsion electrica.

Antecedente tecnologico

La aeronautica es un campo tecnico en constante evolucion y siempre a la busqueda de progresos tecnologicos. Es en este sentido en el que se inscriben hoy los trabajos de investigacion que tratan de reducir el impacto medioambiental del transporte aereo, y especialmente del ruido y de la emision de gases con efecto invernadero.

En este marco, los conceptos de motorizacion hubrida mecanico/electrica o totalmente electrica son muy prometedores. Se conodan asf pequenos aviones tales como los aviones de turismo biplaza, propulsados enteramente por energfa electrica. Un conjunto de propulsion electrica se conoce de US 2009/272854 Al, que esta considerado como la tecnica anterior mas proxima y describe las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1. La necesidad de disponer de potencias de propulsion mas elevadas para aviones mas importantes produce un aumento significativo de la cantidad de calor disipado por los sistemas electronicos de potencia que sirven para dirigir y controlar la cantidad de energfa electrica destinada a la motorizacion electrica.

Existen hoy en dfa diferentes soluciones tecnicas para refrigerar los sistemas electronicos de potencia.

Se conocen asf sistemas electronicos de potencia que integran sistemas de refrigeracion de agua o incluso de un fluido frigongeno de tipo difasico.

Sin embargo, todas estas soluciones del estado de la tecnica son perjudiciales debido al peso suplementario (lfquido, circuito de reciclado...) que aportan a los sistemas electronicos de potencia.

Se conoce incluso la instalacion de uno o varios ventiladores para evacuar el calor generado por un sistema electronico de potencia.

Sin embargo, tal solucion no es aplicable en el campo aeronautico por razones del importante sobrepeso que supondna el recurso a tal solucion para evacuar las disipaciones termicas de un sistema electronico de potencia de un grupo propulsor de una aeronave de grandes dimensiones.

Ademas, el peso de los diferentes cables que sirven para la alimentacion de la energfa electrica o para transmitir las senales del control electronico, por ejemplo, representa un factor importante en el peso global del grupo propulsor, siendo este peso una penalizacion para la carga util del avion.

Sena interesante por lo tanto definir un grupo propulsor que presente una arquitectura original para la refrigeracion de su sistema electronico de potencia y que limite igualmente el peso de los cables de manera general y de los cables de alimentacion electrica de manera particular.

El presente invento trata de paliar los diversos inconvenientes expuestos anteriormente proponiendo un grupo particularmente sencillo en su concepcion y en su modo operativo, y que permita una refrigeracion eficaz de su sistema electronico de potencia.

Otro objetivo del presente invento es una disminucion del peso relativo al cableado del grupo propulsor.

Breve descripcion del invento.

A estos efectos, el invento se refiere a un conjunto de propulsion para una aeronave segun la reivindicacion 1, que comprende una barquilla que comprende a su vez una cubierta de la barquilla que delimita un volumen interno en el cual esta situada una unidad de propulsion electrica de la aeronave que comprende a su vez un ventilador, un conjunto motor electrico situado detras de la citada unidad de propulsion y conectado a esta ultima para alimentar de energfa electrica a la citada unidad de propulsion cuando esta en funcionamiento y un sistema de control que comprende un sistema electronico de potencia, definiendo el espacio delimitado entre el citado conjunto motor y la citada cubierta de la barquilla un conducto en el cual esta destinado a fluir un flujo de aire creado por el citado ventilador cuando esta en funcionamiento para proporcionar un empuje a la citada aeronave.

Segun el invento,

- el citado sistema electronico de potencia comprende al menos un intercambiador de calor que permite transferir la energfa termica del citado sistema a un fluido de trabajo con el fin de refrigerar el citado sistema, y

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- el citado al menos un intercambiador esta colocado al menos en parte sobresaliendo en el citado conducto de tal manera que el citado fluido de trabajo esta constituido por el citado flujo de aire generado por el citado ventilador cuando esta en funcionamiento.

Al estar alojado el sistema electronico de potencia en la barquilla, es, de esta manera, posible sacar todas las ventajas del flujo de aire forzado generado por el ventilador. El aire de entrada a la barquilla es en efecto acelerado por el ventilador de tal manera que genera un flujo de aire que participa en el empuje de la aeronave, aumentando este flujo de aire la eficacia del intercambiador situado en su trayectoria. Esto da como resultado una posible optimizacion en terminos de masa y de volumen de este intercambiador que nos lleva a una disminucion de su masa.

Otra ventaja tecnica que resulta del alojamiento del sistema electronico en la barquilla es que este ultimo esta colocado lo mas cerca posible del conjunto motor electrico reduciendo de hecho el peso relativo al cableado del conjunto de propulsion.

En diferentes modos de realizacion particulares de este conjunto, teniendo cada uno sus ventajas particulares y susceptibles de numerosas combinaciones:

-el citado sistema electronico de potencia comprende un modulo electronico de potencia y una tarjeta de pilotaje electronico conectados el citado al menos un intercambiador de calor para evacuar las disipaciones de potencia por efecto Joule de estos elementos, estando alojado el conjunto formado por el citado modulo y la citada tarjeta en la citada cubierta de la barquilla.

Este conjunto formado por el citado modulo y la citada tarjeta, esta recibido en un alojamiento definido entre una pared interna y una pared externa de la citada cubierta de la barquilla.

-al definir la citada cubierta un eje longitudinal y al estar unido el citado conjunto motor a la citada cubierta por uno o varios brazos orientados radialmente o sensiblemente de manera radial con respecto al citado eje longitudinal, al menos los cables utilizados para las conexiones electricas y/o para la transmision de las senales de mando pasen por al menos algunos de los citados brazos. Segun el invento la citada cubierta define un eje longitudinal y el citado conjunto motor esta unido a la citada cubierta por uno o varios brazos orientados radialmente o sensiblemente de manera radial con respecto al citado eje longitudinal, al menos algunos de los citados brazos comprenden al menos un desviador de refrigeracion que tiene como objetivo desviar una parte del flujo de aire creado por el citado ventilador hacia el citado conjunto motor con vistas a su refrigeracion.

Cada desviador de refrigeracion presenta ventajosamente una cara delantera orientada hacia el flujo de aire que llega del ventilador hacia el brazo correspondiente para desviar una parte de este hacia el citado conjunto motor con vistas a su refrigeracion. Esta cara delantera esta, por ejemplo, parcialmente bombeada para definir una rampa orientada hacia el citado conjunto motor.

-el citado intercambiador de calor comprende unas aletas, estando situadas las citadas aletas de tal manera que al estar colocadas en el sentido de circulacion del flujo de aire creado por el citado ventilador no perturban a este.

- al comprender el citado ventilador unas palas moviles en rotacion, presentando cada una de las citadas palas un paso regulable, la citada unidad de propulsion electrica comprende un dispositivo de ajuste que permite ajustar el paso de cada una de las citadas palas del ventilador de tal manera que conserven el mejor rendimiento posible,

- el citado sistema electronico de potencia comprende igualmente un dispositivo de refrigeracion complementario para asegurar su refrigeracion.

Este dispositivo de refrigeracion complementario es, por ejemplo, un ventilador conectado electricamente al citado conjunto motor.

El presente invento trata ademas de una aeronave equipada con al menos un conjunto de propulsion electrica.

Segun el invento, este conjunto de propulsion electrica es un conjunto de propulsion tal como el descrito anteriormente.

Breve descripcion de los dibujos.

Otras ventajas, objetivos y caractensticas particulares del presente invento surgiran de la descripcion que viene a continuacion hecha, con un objetivo explicativo y de ninguna manera limitativo, a la vista de los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de propulsion segun un modo de realizacion particular del presente invento,

- la figura 2 es una vista en corte longitudinal del conjunto de la figura 1.

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Descripcion detallada de los modos de realizacion del invento.

En primer lugar, se observara que las figuras no estan a escala.

Las figuras 1 y 2 muestran un conjunto de propulsion electrica hubrido para un avion segun un modo preferido de realizacion del invento

Este conjunto de propulsion comprende una barquilla 10 destinada a ser ensamblada por medio de una union mecanica 11 tal como un mastil a un elemento de la estructura de una aeronave. A tftulo puramente ilustrativo, este elemento de la estructura podna ser un elemento de los planos de sustentacion de la aeronave, estando situado el conjunto, por ejemplo, en el extremo de este elemento de los planos de sustentacion. Este conjunto podna, sin embargo, estar enganchado a otro punto del elemento de los planos de sustentacion de esta aeronave.

La barquilla 10 comprende una cubierta de la barquilla 10 que delimita un volumen interior en el cual esta colocado el motor 12 electrico que acciona un ventilador 13, implantado en la parte delantera de este motor 12 electrico. La barquilla 10 esta situada coaxialmente alrededor del motor 12 electrico segun un eje longitudinal 14.

De manera simplificada, este conjunto de propulsion aspira aire del exterior al nivel de una entrada de aire 15 de la barquilla 10 por medio del ventilador 13 que comprende a su vez una helice carenada, incluyendo este ventilador 13 un cono de entrada 16. Este flujo de aire aspirado y acelerado por el ventilador 13 es canalizado en un espacio anular 17 definido entre la superficie exterior del motor 12 electrico y la pared interna de la cubierta de la barquilla 10, hacia una tobera.

La barquilla 10 esta unida directamente al extremo del ala segun unas tecnicas ya conocidas, que permiten recoger los esfuerzos en todas las direcciones. La barquilla 10 esta unida mecanicamente al motor 12 electrico por uno o varios juegos de brazos 18, orientados de manera sensible radialmente con respecto al eje longitudinal 14.

La barquilla 10 presenta, ademas, una superficie exterior continua, es decir, desprovista de discontinuidades sobre al menos la mitad delantera de su longitud en el sentido del flujo del aire, para favorecer un flujo laminar del aire alrededor de la barquilla 10.

El conjunto de propulsion comprende ademas un sistema de control que comprende a su vez un sistema electronico de potencia que incluye un modulo electronico de potencia 19 y una tarjeta de pilotaje electronico 20 conectados a un intercambiador 21 de calor para evacuar las disipaciones por efecto Joule de estos elementos.

Mientras que el modulo electronico de potencia 19 y la tarjeta de pilotaje electronico 20 esta alojados en la cubierta de la barquilla 10, el intercambiador 21 de calor esta colocado sobresaliendo en el espacio 17 anular que separa la superficie exterior del motor 12 electrico de la superficie interior de la cubierta de la barquilla 10.

De esta manera es posible sacar todas las ventajas del flujo de aire forzado generado por el ventilador 13 para refrigerar eficazmente el intercambiador 21 de calor lo que permite optimizar en terminos de masa y de volumen este intercambiador 21 de calor de tal manera que presente un peso limitado al maximo.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Conjunto de propulsion electrica para una aeronave que comprende una barquilla (10) que comprende a su vez una cubierta de la barquilla que delimita un volumen interno en el cual esta situada una unidad de propulsion electrica de la aeronave que incluye un ventilador (13), un conjunto motor (12) electrico situado detras de la citada unidad de propulsion y conectado a esta ultima para alimentar de energfa electrica la citada unidad de propulsion cuando esta en funcionamiento y un sistema de control que comprende un sistema electronico de potencia, definiendo el espacio delimitado entre el citado conjunto motor y la citada cubierta de la barquilla un conducto en el cual esta destinado a circular un flujo de aire creado por el citado ventilador (13) cuando esta en funcionamiento para proporcionar un empuje a la citada aeronave, caracterizado porque:

- el citado sistema electronico de potencia comprende al menos un intercambiador de calor que permite transferir la energfa termica del citado sistema hacia un fluido de trabajo con el fin de refrigerar el citado sistema;

- el citado al menos un intercambiador esta situado al menos en parte sobresaliendo del citado circuito de tal manera que el citado fluido de trabajo esta constituido por el citado flujo de aire generado por el citado ventilador (13) cuando esta en funcionamiento; caracterizado porque la barquilla (10) define un eje longitudinal y porque el citado conjunto motor esta unido a la citada barquilla por uno o varios juegos de brazos orientados radialmente o de manera sensiblemente radial con respecto al citado eje longitudinal, comprendiendo al menos algunos de los citados brazos un desviador de refrigeracion con el objetivo de desviar una parte del flujo de aire creado por el ventilador (13) hacia el citado conjunto motor con vistas a su refrigeracion.
2. Conjunto segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el citado sistema electronico de potencia comprende un modulo electronico de potencia y una tarjeta de pilotaje electronico conectados al citado al menos un intercambiador de calor para evacuar las disipaciones de potencia por efecto Joule de estos elementos, estando alojado el conjunto formado por el citado modulo y la citada tarjeta en la citada cubierta de la barquilla.
3. Conjunto segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque la citada barquilla (10) que define un eje longitudinal (14) y el citado conjunto motor estan unidos a la citada barquilla (10) por uno o varios juegos de brazos orientados radialmente o de manera sensiblemente radial con respecto al citado eje longitudinal, y al menos los cables utilizados para las conexiones electricas y/o para la transmision de las senales de mando pasan por al menos algunos de los citados brazos.
4. Conjunto segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el citado intercambiador de calor comprende unas aletas, estando situadas las citadas aletas de tal manera que al estar colocadas en el sentido de circulacion del flujo de aire creado por el citado ventilador (13), no le perturban.
5. Conjunto segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el citado sistema electronico de potencia comprende un dispositivo de refrigeracion complementario para asegurar su refrigeracion.
6. Aeronave equipada con al menos un conjunto de propulsion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.