La fée électricité veille … !
En aéronautique, avec tous les aéronefs motorisés, l’une des craintes majeures est la perte de puissance ou l’arrêt complet du moteur. Certes il existe des procédures d’urgence dont le succès dépend de paramètres tels la phase de vol ou l’environnement survolé. Dans tous les cas la situation est inconfortable et l’issue parfois incertaine. Cette situation est particulièrement délicate pour les hélicoptères monomoteurs qui peuvent, certes, ralentir leur descente en maitrisant l’incidence des pales et contrôler l’autorotation mais la marge de manœuvre pour le choix du point d’aboutissement est limitée. Les hélicoptères sont souvent utilisés au-dessus des zones urbanisées et la réglementation impose «de définir des cheminements et des zones de recueil permettant un atterrissage forcé sans mise en danger des personnes et des biens au sol ». Cette règlementation est particulièrement pénalisante pour les hélicoptères monomoteurs dont l’usage est de fait très limité au-dessus des zones habitées voire interdit dans de très nombreux pays.
L’objectif du système EBS (Engine Backup System) est de fournir un complément de puissance, sous forme électrique, utilisable en cas de panne du moteur. Cet EBS comprend quatre sous-ensembles : un moteur électrique capable de faire tourner le rotor, une réserve d’énergie (batteries), un onduleur qui contrôle la puissance délivrée au moteur et un pupitre de commande à disposition du pilote placé dans le cockpit.
L’ingénierie globale a été conçue par Airbus Helicopters. Airbus Defence and Space a pris en charge le développement de la batterie. Le moteur électrique de 100KW, relié à la boite de vitesse, a été développé par Thales et la SRC Centum T&S l’onduleur.
« Le produit que nous avons développé comporte une carte de contrôle et de commande, le logiciel qui fait le pilotage du moteur (contrôle vectoriel) et l’onduleur » nous explique Fabien Charmetant, Responsable Pôle Puissance chez Centum T&S.
L’intelligence du système réside dans cette carte de contrôle et de commande du système et son logiciel. En mode veille, l’équipement détecte la perte de vitesse du rotor principal et apporte l’énergie nécessaire pour la compenser. En mode actif, le système apporte au bon moment le complément de puissance nécessaire, sous le contrôle du pilote.
Le second défi est d’assurer la bonne distribution de l’électricité qui arrive sous forme de courant continu de la batterie et qui doit être transformée grâce à l’onduleur de Centum T&S en courant alternatif triphasé pour piloter le moteur. Cet onduleur, basé sur les dernières technologies est capable de délivrer 150Kw de puissance pendant 2 minutes (c’est l’équivalent de 120 aspirateurs qui fonctionnent en même temps). L’ensemble de la technologie a été optimisée avec l’utilisation de composants les plus récents dans la gamme des « Mosfets » en carbure de silicium. Grâce à ces choix, l’onduleur tient dans un boitier de 15kg. Cela donne un des meilleurs rapports poids/puissance du marché.
A ces deux défis majeurs, s’en ajoute un troisième. Le moteur thermique génère aussi l’électricité nécessaire aux instruments et au pilote, sinon, plus de moteur, plus de radio ni d‘instruments ! Un convertisseur réduit le 500V délivré par la batterie en 28V. Le tout doit être sécurisé de façon à garantir qu’il ne peut y avoir aucun retour de 500V dans le circuit basse tension (28V) de l’hélicoptère sous peine de détruire l’instrumentation. Il faut également veiller à ne pas créer d’interférence avec les communications radio des pilotes entre eux ou avec les services de contrôle aérien.
« Nous avons un système qui a atteint le niveau de maturité technologique suffisant (TRL 6 pour les initiés) pour obtenir une autorisation pour les essais en vol avec pilote d’essai » explique Hervé Rigole, chef de projet chez Centum T&S.
L’ensemble a été monté sur le FlightLab d’Airbus Helicopters, un H130 destiné à tester et valider les technologies innovantes. Des tests ont été menés à différentes hauteurs. Le système a été testé lors d’une coupure moteur à une hauteur de 3m au-dessus du sol pour démontrer le niveau de performance et l’instantanéité de la prise de relai par l’EBS. A cette hauteur le temps de réactivité est limité et l’autorotation ne peut pas jouer et la campagne de tests dans différentes configurations s’est poursuivie depuis.
Actuellement l’autonomie de ce système de sauvegarde est limitée à 30 secondes par la capacité des batteries mais il est conçu pour fonctionner pendant 2 minutes. Les essais en vol ont été très concluants, et si le marché et le « business case » sont favorables, l’EBS pourrait être monté en série après avoir été certifié par la FAA et l’EASA, les agences américaines et européennes de régulation de l’aéronautique, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités aux hélicoptères de type monoturbine tel le H130.
Pour Hervé Rigole, « ce système de sauvegarde est une première étape au sein d’une démarche plus large d’Airbus Helicopters pour tester et proposer des technologies de propulsion hybride ou entièrement électrique. Nous accompagnons ce premier pas ».
De son coté, Airbus Helicopters a beaucoup apprécié la collaboration avec Centum T&S pendant les différentes phases du projet.
Selon Luca Cossetti, chef de Projet chez l’hélicoptériste, « les performances de l’onduleur pendant la phase de test ont été très bonnes, ainsi que sa fiabilité. La réactivité et le professionnalisme de l’équipe Centum T&S nous ont permis d’atteindre collectivement des résultats au-delà de nos attentes ».
