BR112012008011B1 - Circuito de alimentação de combustível e motor de aeronave - Google Patents
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Abstract
CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL E MOTOR DE AERONAVE. A invenção refere-se a um circuito de alimentação de combustível (10) de um motor de aeronave, comportando um sistema de bombeamento de alta pressão (18) tendo uma primeira e uma segunda bombas volumétricas (18a, 18b), um atuador hidráulico (200) e um dosador de combustível (100), em função da posição de uma gaveta (202) do atuador, o orifício de alimentação (AO) do mesmo pode ser ligado ao orifício de utilização de alta pressão (LJ1) ligados à saída (40b) da segunda bomba (18b) ou ao orifício de utilização de baixa pressão (U2) ligado a uma linha de alimentação de baixa pressão (20). O dosador de combustível é munido de seções de passagem, uma destas seções de passagem (114) sendo ligada entre elas à sida do sistema de bombeamento de alta pressão, e a outra seção de passagem (116) sendo ligada à saída do sistema de bombeamento de alta pressão e se abrindo em uma câmara de alta pressão de pitolagem (Pl) do atuador hidráulico.
Description
[0001] A invenção refere-se a um circuito de alimentação de combustível de um motor de aeronave, e mais particularmente um circuito fornecendo combustível para a alimentação de injetores de câmara de combustão do motor e para a utilização como fluido hidráulico para o comando de atuadores de geometrias variáveis do motor.
[0002] Com maior frequência, um circuito de alimentação de combustível de um motor de aeronave compreende um sistema de bombeamento constituído de uma bomba de baixa pressão associada a uma bomba de alta pressão. A bomba de alta pressão apresenta-se geralmente sob a forma de uma bomba volumétrica com engrenagens cuja cilindrada é fixa e que é acionada pelo motor via uma caixa de transmissão ou caixa de engrenagens de acessórios (ou ainda AGB para “Accessories Gear Bo^'). Esta bomba tem por função fornecer combustível sob alta pressão para os injetores de câmara de combustão e os atuadores de geometrias variáveis do motor.
[0003] A taxa de fluxo de combustível fornecido, contudo, não é adaptada às necessidades reais do motor sobre todos os pontos de funcionamento e excede este em uma ampla faixa de regime de rotação do motor. A taxa de fluxo de combustível não consumido pelo circuito de combustível quando destes regimes de rotação do motor então é recirculada a montante da bomba de alta pressão. Ora, esta recirculação induz um aquecimento do combustível e retira potência mecânica pela bomba que não é útil para o empuxo do motor.
[0004] Para remediar este problema, é conhecido recorrer a bombas de alta pressão com duplo estágio, ou seja, bombas que apresentam dois estágios de engrenagens que são acionados simultaneamente pelo motor de acordo com leis de cilindrada diferentes. Com este tipo de arquitetura, a bomba de alta pressão funciona preferivelmente sobre um único estágio quando os pontos de voo necessitam pouca cilindrada. Neste caso, a taxa de fluxo de outra bomba é recirculada inteiramente conservando uma baixa carga em pressão, diminuindo assim a potência mecânica retirada deste estágio. Quando os pontos de voo necessitam de maior cilindrada, a segunda bomba é ativada.
[0005] O documento US 7.234.293 divulga um exemplo de uma bomba de alta pressão de duplo estágio. Em particular, este documento descreve sistema de comutação entre as configurações com um e dois estágios baseada em uma modificação da válvula de regulação que é a dupla seção de recirculação (uma para cada estágio da bomba de alta pressão). Ora, este tipo de comutação introduz perturbações sobre a taxa de fluxo dosada de combustível que são particularmente prejudiciais à precisão desta taxa de fluxo dosada.
[0006] A presente invenção tem, portanto, por objetivo principal remediar tais inconvenientes propondo um sistema de comutação para uma bomba de alta pressão de duplo estágio permitindo comutar entre as configurações com um e dois estágios sem afetar a precisão da taxa de fluxo dosada.
[0007] Este objetivo é atingido graças a um circuito de alimentação de combustível de um motor de aeronave, comportando um sistema de bombeamento de baixa pressão ligado a um sistema de bombeamento de alta pressão por uma linha de alimentação de baixa pressão, o sistema de bombeamento de alta pressão tendo uma primeira e uma segunda bombas volumétricas acionadas simultaneamente pelo motor para fornecer em saída combustível sob alta pressão para injetores de câmara de combustão e atuadores de geometrias variáveis do motor, caracterizado pelo fato de compreender, por outro lado: - um atuador hidráulico tendo um orifício de alimentação ligado à saída da primeira bomba, um orifício de utilização de alta pressão ligado à saída da segunda bomba, e um orifício de utilização de baixa pressão ligado à linha de alimentação de baixa pressão por um conduto de recirculação de combustível, o orifício de alimentação podendo ser ligado ao orifício de utilização de alta pressão ou ao orifício de utilização de baixa pressão em função da posição de uma gaveta do atuador; e - um dosador de combustível compreendendo uma gaveta podendo deslizar em um cilindro e portando três mancais que compartilham o volume interno do cilindro em duas câmaras de comando situadas nas extremidades do cilindro e ligadas a uma servoválvula e duas seções de passagem situadas entre os mancais, uma das seções de passagem sendo ligada à saída do sistema de bombeamento de alta pressão e desembocando para os injetores de câmara de combustão, a outra seção de passagem sendo ligada à saída do sistema de bombeamento de alta pressão e desembocando em uma câmara de alta pressão de pilotagem do atuador hidráulico, o atuador tendo, por outro lado, uma câmara de baixa pressão de pilotagem que é ligada ao conduto de recirculação de combustível, as pressões aplicadas nas câmaras de pilotagem do atuador atuando em oposição uma da outra para comandar o deslocamento da gaveta do atuador.
[0008] O controle da pressão nas câmaras de pilotagem do atuador hidráulico permite realizar as comutações do sistema de bombeamento de alta pressão entre a configuração de uma única bomba e a configuração de duas bombas. Mais precisamente, a posição da gaveta do atuador hidráulico determina a configuração com uma ou duas bombas do sistema de bombeamento de alta pressão. Também, estas comutações não necessitam nenhuma modificação da válvula de regulação. Resulta que a precisão de dosagem do combustível é apenas pouco afetada quando destas comutações. A estabilidade da taxa de fluxo injetado encontra-se melhorada.
[0009] Com tal circuito, a configuração do sistema de bombeamento de alta pressão com duas bombas é comandada quando a velocidade de rotação do turbo reator é baixa (o que corresponde aos pontos de funcionamento de re-ignição e de auto-rotação ou “windmilling") e quando a taxa de fluxo de combustível injetado é elevada (o que corresponde aos pontos de funcionamento de decolagem e de subida). Quanto à configuração de uma única bomba, é comandada para os outros pontos de funcionamento do motor, notadamente para os pontos de funcionamento entre a marcha lenta e de cruzeiro.
[0010] Preferivelmente, a câmara de alta pressão de pilotagem do atuador hidráulico comunica com uma câmara intermediária de pilotagem ligada ao circuito de alimentação de combustível a montante do sistema de bombeamento de baixa pressão e na qual está posicionada uma mola.
[0011] Preferivelmente igualmente, o circuito de alimentação de combustível compreende, por outro lado, uma linha de recirculação de combustível ligando a saída do sistema de bombeamento de alta pressão à linha de alimentação de baixa pressão, e uma válvula de regulação posicionada sobre a linha de recirculação de combustível.
[0012] Preferivelmente ainda, uma chapeleta anti-retorno é posicionada entre o orifício de utilização de alta pressão do acionador hidráulico e a saída da segunda bomba.
[0013] A invenção refere-se igualmente a um motor de aeronave comportando um circuito de alimentação de combustível tal como foi definido previamente.
[0014] Outras características e vantagens da presente invenção surgirão da descrição feita abaixo, em referência à figura única anexa que ilustra um exemplo de realização de um circuito de alimentação de combustível de acordo com a invenção desprovida de qualquer caráter limitativo.
[0015] Um circuito de alimentação de combustível conforme com a invenção é descrito a seguir no âmbito de uma aplicação um motor de avião com turbina a gás. No entanto, o domínio de aplicação da invenção estende-se a motores com turbina a gás de outras aeronaves, notadamente helicópteros e a motores de aeronaves diferentes do com turbina a gás.
[0016] O circuito de alimentação de combustível 10 comporta um sistema de bombeamento de baixa pressão 12, um trocador térmico combustível/óleo 14, um filtro principal de combustível 16 e um sistema de bombeamento de alta pressão 18.
[0017] O sistema de bombeamento de baixa pressão 12 é ligado à montante aos tanques de combustível do avião (não representados) e a jusante ao sistema de bombeamento de alta pressão 18 através de uma linha de alimentação de baixa pressão 20.
[0018] Na saída do sistema de bombeamento de alta pressão 18, o circuito de alimentação de combustível 10 divide-se nas várias linhas distintas de combustível, notadamente: uma linha de combustível 22 para a alimentação de combustível de injetores de câmara de combustão 24; outra linha de combustível 26 para a alimentação de atuadores 28 de geometrias variáveis do motor; e uma linha de recirculação de combustível 30 munida de uma válvula de regulação 32 para retornar a taxa de fluxo de combustível não utilizado sobre a linha de alimentação de baixa pressão 20 a montante do trocador térmico 14.
[0019] De maneira conhecida em si, a linha de combustível 22 para a alimentação de combustível dos injetores de câmara de combustão 24 compreende igualmente um dosador de combustível 100 (detalhado depois) comandado por servoválvula 34, e uma chapeleta de pressurização 36 igualmente comandada por uma servoválvula 38 para as funções de corte.
[0020] O sistema de bombeamento de alta pressão 18 deste circuito é do tipo com dois estágios, ou seja, que se compõe de duas bombas volumétricas com engrenagens 18a, 18b que são acionadas simultaneamente pelo motor de acordo com leis de cilindrada diferentes. Mais precisamente, a primeira bomba 18a apresenta uma cilindrada mais alta que a da segunda bomba 18b, ou seja, que ela permite em funcionamento injetar uma taxa de fluxo de combustível maior que a injetada em funcionamento pela segunda bomba. Em outros termos, a primeira bomba 18a do sistema de bombeamento de alta pressão tem uma capacidade de bombeamento superior à da segunda bomba 18b.
[0021] O sistema de bombeamento de baixa de pressão 12, bem como as duas bombas 18a, 18b do sistema de bombeamento de alta pressão 18 são acionadas simultaneamente pela árvore de alta pressão do motor via uma caixa de transmissão AGB (ou caixa de engrenagem de acessórios).
[0022] De acordo com a invenção, o circuito de alimentação de combustível 10 compreende igualmente um atuador hidráulico 200 que é interposto entre as saídas respectivas 40a, 40b das duas bombas 18a, 18b do sistema de bombeamento de alta pressão e que pode tomar duas posições diferentes; uma primeira posição na qual as saídas 40a, 40b das duas bombas se comunicam entre si para combinar as suas taxas de fluxo para fornecer combustível sob alta pressão para os injetores de câmara de combustão 24 e os atuadores de geometrias variáveis 28, e uma segunda posição na qual a saída 40a da primeira bomba 18a se comunica com um conduto de recirculação de combustível 42 para descarregar o conjunto da taxa de fluxo de saída da primeira bomba para a linha de alimentação de baixa pressão 20.
[0023] De maneira mais precisa, o atuador hidráulico 200 compreende uma gaveta 202 móvel em translação linear em um cilindro. O atuador 200 compreende igualmente um orifício de alimentação OA ligado à saída 40a da primeira bomba 18a, um orifício de utilização de alta pressão U1 ligado à saída 40b da segunda bomba 18b, e um orifício de utilização de baixa pressão U2 ligado à linha de alimentação de baixa pressão 20 pelo conduto recirculação de combustível 42, o orifício de alimentação OA podendo ser ligado ao orifício de utilização de alta pressão U1 ou ao orifício de utilização de baixa pressão U2 em função da posição da gaveta 202 do atuador.
[0024] Assim, a posição da gaveta 202 do atuador hidráulico define as duas posições previamente descritas: na primeira posição, o orifício de alimentação OA é ligado ao orifício de utilização de alta pressão U1 de modo que as saídas 40a, 40b das duas bombas se comuniquem entre si, e o orifício de utilização de baixa pressão U2 seja mascarado; na segunda posição, o orifício de alimentação OA se comunica com o orifício de utilização de baixa pressão U2 para permitir uma recirculação do combustível para a linha de alimentação de baixa pressão 20 via o conduto de recirculação 42, e o orifício de utilização de alta pressão U1 é mascarado.
[0025] O atuador hidráulico compreende ainda três câmaras de pilotagem, notadamente: uma câmara de pilotagem de alta pressão P1 ligada ao dosador de combustível 100, uma câmara de pilotagem de baixa pressão P2 ligado ao conduto de recirculação de combustível 42 via um conduto de derivação 44, e uma câmara intermediária de pilotagem P3 ligada ao circuito de alimentação de combustível a montante do sistema de bombeamento de baixa pressão 12 via uma linha de combustível 46. Além disso, as câmaras de pilotagem P1 e P3 se comunicam entre si através de um canal 204 praticado na gaveta 202 do atuador. Além disso, mola 206 é alojada na câmara intermediária de pilotagem P3.
[0026] A variação da pressão dentro destas três câmaras de pilotagem P1 a P3 do atuador permite comandar o deslocamento da gaveta 202 no cilindro para posicioná-lo nas duas posições descritas previamente. Em particular, o dosador de combustível 100 que é ligado à câmara de pilotagem de alta pressão P1 do atuador permite fazer variar a pressão nesta câmara.
[0027] Com efeito, o dosador de combustível 100 compreende uma gaveta 102 que pode deslizar em um cilindro e portando três mancais 104, 106 e 108. Os mancais compartilham o volume interno do cilindro em duas câmaras de comando 110, 112 situadas nas extremidades do cilindro e seções de passagem 114, 116 situadas entre os mancais. As câmaras de comando 110, 112 são ligadas à servoválvula 34 pelas linhas de comando.
[0028] A seção de passagem 114 delimitada entre os mancais 104 e 106 é ligada à saída do sistema de bombeamento de alta pressão 18 e se abre por um orifício de utilização 118 em direção aos injetores de câmara de combustão 24. O grau de obturação do orifício de utilização 118 pelo mancai 104 determina a taxa de fluxo de combustível dosado.
[0029] Quanto à outra seção de passagem 116, ela é ligada igualmente à saída do sistema de bombeamento de alta pressão 18 e se abre por um orifício de utilização 120 na câmara de alta pressão de pilotagem P1 do atuador hidráulico 200.
[0030] As diferentes comutações do sistema de bombeamento de alta pressão entre as configurações com uma e duas bombas efetua-se como a seguir.
[0031] Para os pontos de funcionamento do motor em baixo regime onde a configuração com duas bombas é necessária, a servoválvula 34 age sobre as pressões nas câmaras de comando 110, 112 do dosador de combustível 100 de modo que o orifício de utilização 120 do dosador seja mascarado completamente. A pressão na câmara de pilotagem de alta pressão P1 do atuador 200 está, portanto, próxima da pressão PCA da linha do circuito de alimentação de combustível a montante do sistema de bombeamento de baixa pressão 12 (porque ela ligada ai via a câmara intermediária de pilotagem P3 e a linha de combustível 46).
[0032] Na câmara de pilotagem de baixa de pressão P2 do atuador que é ligado ao conduto de recirculação de combustível 42, a pressão PBP que reina no mesmo corresponde à pressão em saída do sistema de bombeamento de baixa de pressão 12. Além disso, a mola 206 posicionada na câmara intermediária de pilotagem P3 do atuador é dimensionada para se opor ao esforço da pressão PBP do combustível na câmara de pilotagem P2.
[0033] Assim, sob o efeito destas diferentes pressões, a gaveta 202 do atuador 200 desloca-se na primeira posição onde as saídas 40a, 40b das duas bombas 18a, 18b do sistema de bombeamento de alta pressão se comunicam entre si para combinar as suas taxas de fluxo.
[0034] Para os pontos intermédios de funcionamento do motor onde a configuração de uma única bomba é privilegiada (comutação baixa), a servoválvula 34 atua sobre as pressões nas câmaras de comando 110, 112 do dosador de combustível 100 de modo que o orifício de utilização 120 do dosador seja mascarado completamente. A pressão na câmara de pilotagem de alta pressão P1 do atuador 200 continua, portanto, sempre próxima da pressão PCA.
[0035] Além disso, a pressão em saída do sistema de bombeamento de baixa de pressão 12 aumenta (em relação aos pontos de funcionamento a baixo regime) de modo que a pressão PBP que reina no interior da câmara de pilotagem de baixa pressão P2 venha se opor ao esforço exercido pela mola 206 posicionada na câmara intermediária de pilotagem P3.
[0036] Assim, sob o efeito destas diferentes pressões, a gaveta 202 do atuador 200 desloca-se na segunda posição onde a taxa de fluxo de saída da primeira bomba 18a é descarregada para a linha de alimentação de baixa pressão 20.
[0037] Para os pontos de funcionamento com elevada taxa de fluxo dosado onde a configuração com duas bombas é necessária (comutação alta), a servoválvula 34 age sobre as pressões nas câmaras de comando 110, 112 do dosador de combustível 100 de modo que o orifício de utilização 120 do dosador seja descoberto de modo que a pressão que reina na câmara de pilotagem de alta pressão P1 do atuador corresponda à pressão de alta pressão PHP em saída da segunda bomba 18b.
[0038] Esta pressão PHP elevada é superior à pressão PBP que reina na câmara de pilotagem de baixa pressão P2 do atuador, este último estando sempre em comunicação com a linha de alimentação de baixa pressão 20.
[0039] Assim, sob o efeito destas diferentes pressões, a gaveta 202 do atuador 200 desloca-se na primeira posição onde as saídas 40a, 40b das duas bombas 18a, 18b do sistema de bombeamento de alta pressão se comunicam entre si para combinar as suas taxas de fluxo.
[0040] De acordo com uma característica vantajosa da invenção, uma chapeleta anti-retorno 50 é posicionada sobre a linha de combustível ligando o orifício de utilização de alta pressão U1 do atuador hidráulico 200 à saída 40b da segunda bomba 18b. Esta chapeleta anti-retorno permite evitar as solicitações de taxa de fluxo pelo atuador quando de comutações.
[0041] Nota-se que o conduto de recirculação de combustível 42 pode-se desembocar sobre a linha de alimentação de baixa pressão 20, quer a montante do trocador térmico 14, quer entre o trocador térmico 14 e o filtro principal de combustível 16, quer a jusante deste filtro principal com combustível (a montante da divisão entre as entradas das duas bombas 18a, 18b do sistema de bombeamento de alta pressão ou a montante da entrada da primeira bomba 18a como representado sobre a figura única).
[0042] Nota-se igualmente que o atuador hidráulico pode não compreender câmara intermediária ligada ao circuito de combustível à montante do sistema de bombeamento de baixa pressão como descrito acima. Nesta variante não ilustrada, a mola então é alojada na câmara de pilotagem de alta pressão P1.
[0043] Nota-se ainda que as bombas volumétricas do sistema de bombeamento de alta pressão não são necessariamente com engrenagens, mas que poderiam ser do tipo com palhetas.
Claims (6)
1. Circuito de alimentação de combustível (10) de um motor de aeronave, comportando um sistema de bombeamento de baixa de pressão (12) ligado a um sistema de bombeamento de alta pressão (18) por uma linha de alimentação de baixa pressão (20), o sistema de bombeamento de alta pressão tendo uma primeira e uma segunda bomba volumétrica (18a, 18b) acionadas simultaneamente pelo motor para fornecer em saída combustível sob alta pressão para injetores de câmara de combustão (24) e atuadores (28) de geometrias variáveis do motor, - um atuador hidráulico (200) tendo um orifício de alimentação (OA) ligado à saída (40a) da primeira bomba (18a), um orifício de utilização de alta pressão (U1) ligado à saída (40b) da segunda bomba (18b), e um orifício de utilização de baixa pressão (U2) ligado à linha de alimentação de baixa pressão por um conduto de recirculação de combustível (42), o orifício de alimentação podendo ser ligado ao orifício de utilização de alta pressão ou ao orifício de utilização de baixa pressão em função da posição de uma gaveta (202) do atuador; e caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - um dosador de combustível (100) compreendendo uma gaveta (102) que pode deslizar em um cilindro e portando três mancais (104, 106, 108) que compartilham o volume interno do cilindro em duas câmaras de comando (110, 112) situadas nas extremidades do cilindro e ligadas a uma servoválvula (34) e duas seções de passagem (114, 116) situadas entre os mancais, uma das seções de passagem (114) sendo ligada à saída do sistema de bombeamento de alta pressão e desembocando para os injetores de câmara de combustão, a outra seção de passagem (116) sendo ligada à saída do sistema de bombeamento de alta pressão e desembocando em uma câmara de alta pressão de pilotagem (P1) do atuador hidráulico, o atuador tendo adicionalmente uma câmara de baixa pressão de pilotagem (P2) que é ligada ao conduto de recirculação de combustível, as pressões aplicadas nas câmaras de pilotagem do atuador atuando em oposição uma da outra para comandar o deslocamento da gaveta do atuador.
2. Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de alta pressão de pilotagem (PI) do atuador hidráulico (200) se comunica com uma câmara intermediária de pilotagem (P3) ligada ao circuito de alimentação de combustível a montante do sistema de bombeamento de baixa pressão e na qual é posicionada uma mola (206).
3. Circuito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma linha de recirculação de combustível (30) ligando a saída do sistema de bombeamento de alta pressão à linha de alimentação de baixa pressão (20), e uma válvula de regulação (32) posicionada sobre a linha de recirculação de combustível.
4. Circuito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma chapeleta anti-retorno (50) é posicionada entre o orifício de utilização de alta pressão (UI.) do atuador hidráulico (200) e a saída (40b) da segunda bomba (18b).
5. Circuito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a primeira bomba (18a) tem uma capacidade de bombeamento superior à da segunda bomba (18b).
6. Motor de aeronave, caracterizado pelo fato de comportar um circuito de alimentação de combustível (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
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