BR112013009845B1

BR112013009845B1 - Processo de comando de uma turbomáquina e unidade eletrônica para o comando de uma turbomáquina

Info

Publication number: BR112013009845B1
Application number: BR112013009845-7A
Authority: BR
Inventors: Bruno Robert Gaully; Cedrik Djelassi; Darragh McGrath; Jean-Michel Roux
Original assignee: Snecma
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2020-12-15
Also published as: CA2815014A1; US9447735B2; RU2562131C2; EP2633169B1; EP2633169A1; CN103180577A; FR2966531A1; US20130255221A1; BR112013009845A2; WO2012056144A1; RU2013124003A; FR2966531B1; CA2815014C; CN103180577B

Abstract

processo de comando de uma turbomáquina. processo de comando de uma turbomáquina que compreende: - uma etapa de medição de uma primeira temperatura (t25) por um primeiro sensor de temperatura, - uma etapa de medição de uma segunda temperatura (t3) por um segundo sensor de temperatura, - uma etapa de determinação de pelo menos uma instrução de comando para pelo menos um equipamento de geometria variável da turbomáquina, em função da dita primeira temperatura medida, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro sensor apresenta uma constante de tempo c1 superior a uma constante de tempo c2 do segundo sensor, o processo compreendendo: - uma etapa de detecção de uma ingestão de água ou de granizo é detectada, uma etapa de determinação da dita instrução de comando em função da dita terceira temperatura estimada.

Description

Plano de fundo da invenção

[0001] A invenção se refere ao domínio geral da aeronáutica. Em especial, a invenção é relativa a um processo de comando de uma turbomáquina de um motor de aeronave em caso de ingestão de água ou de granizo pela turbomáquina.

[0002] Tipicamente, o funcionamento de uma turbomáquina é regulado por uma unidade eletrônica de comando, que utiliza um circuito de regulação principal para sujeitar uma combinação de medições realizadas no motor (regime, EPR,...) a uma instrução dada que é função do impulso desejado, por ação sobre a vazão de carburante trazido para a câmara de combustão. A unidade eletrônica de comando também utiliza circuitos de regulação secundários para equipamentos de geometria variável da turbomáquina.

[0003] Por “equipamento de geometria variável”, entende-se aqui um equipamento do qual a dimensão, a forma, a posição e/ou a velocidade é ou são suscetível(eis) de ser modificada(s) em função de acontecimentos detectados ou de parâmetros definidos, para agir sobre o funcionamento da turbomáquina. Exemplos de equipamentos de geometria variável são válvulas de descarga de ar do compressor (de abertura variável), pás fixas de compressor com ângulo de pá variável, pás de turbina cuja folga no topo é variável, etc.

[0004] Em especial, é conhecido comandar o ângulo das pás fixas de compressor com ângulo de pá variável (VSV para “Variable Stator Vane”) em função de um regime reduzido XN25R, ele próprio determinado em função do regime XN25 do corpo de alta pressão e da temperatura T25 na entrada do compressor da turbomáquina.

[0005] Ora, em caso de ingestão de água ou de granizo pela turbomáquina, a temperatura T25 medida pelo sensor correspondente diminui, o que leva a um aumento do regime reduzido XN25R e, portanto, a uma sobre-abertura das pás. Uma tal sobre-abertura pode levar a uma sobrecarga do compressor.

[0006] Para evitar esses inconvenientes, é conhecido utilizar uma sonda de temperatura T25 que apresenta um separador inercial que protege a parte ativa da sonda da água e do granizo, para não ser perturbada em caso de ingestão de água ou de granizo. No entanto, uma sonda desse tipo apresenta um custo elevado.

[0007] Foi também proposto conceber as leis de comando do ângulo de abertura das pás com uma margem suficiente para evitar uma sobrecarga em caso de perturbação da medição da temperatura T25. No entanto, a realização de um Atal solução implica outros compromissos técnicos.

[0008] Por outro lado, é conhecido detectar a ingestão de água ou de granizo em uma turbomáquina e adaptar o funcionamento da turbomáquina nesse caso. Por exemplo, o documento FR 2 681 377 propõe detectar uma ingestão de água em função de uma diferença entre a temperatura do ar na entrada do compressor (designada T2 nesse documento) e na saída do compressor T3. Em caso de ingestão de água, o regime da turbomáquina é aumentado.

Objeto e resumo da invenção

[0009] A invenção tem como objetivo fornecer um processo de comando de uma turbomáquina, que não apresente pelo menos alguns dos inconvenientes precitados.

[00010] Em especial, um objetivo da invenção é permitir a utilização de um sensor de temperatura que não necessite de um separador inercial.

[00011] Com essa finalidade, a invenção propõe um processo de comando de uma turbomáquina que compreende: - uma etapa de medição de uma primeira temperatura por um primeiro sensor de temperatura, - uma etapa de medição de uma segunda temperatura por um segundo sensor de temperatura, - uma etapa de estimativa de uma terceira temperatura que modela a dita primeira temperatura, - uma etapa de determinação de pelo menos uma instrução de comando para pelo menos um equipamento de geometria variável da turbomáquina, em função da dita primeira temperatura medida, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro sensor apresenta uma constante de tempo C1 superior a uma constante de tempo C2 do segundo sensor, o processo compreendendo: - uma etapa de detecção de uma ingestão de água ou de granizo em função de uma queda da dita segunda temperatura medida, e - quando uma ingestão de água ou de granizo é detectada, uma etapa de determinação da dita instrução de comando em função da dita terceira temperatura estimada.

[00012] Em caso de ingestão de água ou de granizo pela turbomáquina, a primeira temperatura e a segunda temperatura, medidas pelos sensores, caem. Mais precisamente, a queda da segunda temperatura é mais rápida do que aquela da primeira temperatura pois o segundo sensor apresenta uma constante de tempo menor.

[00013] A queda mais rápida da segunda temperatura permite detectar a ingestão de água ou de granizo antes que a primeira temperatura tenha caído suficientemente para perturbar a determinação da instrução de comando. É em seguida possível, em resposta à detecção da ingestão de água ou de granizo, determinar a instrução de comando em função da terceira temperatura, quer dizer utilizar o modelo da primeira temperatura no lugar da própria primeira temperatura, para evitar que o prosseguimento da queda da primeira temperatura perturbe a determinação da instrução de comando.

[00014] Assim, a invenção permite a utilização de um primeiro sensor de temperatura que pode apresentar uma constante de tempo relativamente elevada. O primeiro sensor pode, portanto, apresentar uma estrutura simples, que não necessita de separador inercial, e pode apresentar um custo reduzido. Por outro lado, a lei de comando que permite a determinação da instrução de comando não deve levar em consideração uma margem de segurança para levar em consideração as quedas da primeira temperatura em caso de ingestão de água.

[00015] Em um modo de realização, várias instruções para vários equipamentos são determinadas.

[00016] A primeira temperatura pode ser uma temperatura T25 na entrada de um compressor da turbomáquina e a segunda temperatura pode ser uma temperatura T3 na saída do dito compressor.

[00017] De acordo com um modo de realização, o dito primeiro sensor de temperatura não apresenta separador inercial.

[00018] A instrução de comando é, por exemplo, uma instrução de ângulo para um conjunto de pás fixas de ângulo de pá variável do dito compressor.

[00019] De acordo com um modo de realização, quando nenhuma ingestão de água ou de granizo é detectada, a etapa de determinação compreende a determinação da dita instrução de comando utilizando para isso uma primeira lei de comando e, quando uma ingestão de água ou de granizo é detectada, a etapa de determinação compreende a determinação da dita instrução de comando utilizando para isso uma segunda lei de comando diferente da primeira, e no qual, para uma temperatura de entrada dada, a segunda lei de comando fornece uma instrução de ângulo mais fechada do que a primeira lei de comando.

[00020] Correlativamente, a invenção propõe também um programa de computador que compreende instruções para a execução de um processo de acordo com a invenção descrito precedentemente quando o programa é executado por um computador. A invenção propõe também uma unidade eletrônica para o comando de uma turbomáquina, a dita unidade eletrônica compreendendo uma memória que contém um programa de computador.

Breve descrição dos desenhos

[00021] A invenção será melhor compreendida com a leitura da descrição feita abaixo, a título indicativo mas não limitativo, em referência aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é uma vista em perspectiva de uma turbomáquina; - a figura 2 representa uma unidade eletrônica de comando de acordo com um modo de realização da invenção; e - a figura 3 representa meios de comando que permitem a execução de um processo de acordo com um modo de realização da invenção.

Descrição detalhada de modos de realização

[00022] A invenção será principalmente descrita abaixo no âmbito de sua aplicação a uma turbomáquina de motor de propulsão para avião tal como por exemplo aquela mostrada de modo bastante simplificado na figura 1. A invenção é, no entanto, aplicável a outras turbomáquinas, notadamente turbinas de helicópteros, turbinas industriais ou turbinas de grupos auxiliares de potência (APU).

[00023] A turbomáquina 6 da figura 1 compreende uma câmara de combustão 1, os gases de combustão provenientes da câmara 1 acionando uma turbina de alta pressão (AP) 2 e uma turbina de baixa pressão (BP) 3. A turbina AP 2 é acoplada por uma árvore a um compressor HP 4 que alimenta a câmara de combustão 1 com ar sob pressão enquanto que a turbina BP 2 é acoplada por uma outra árvore a um compressor BP 7 e uma ventoinha 5 na entrada do motor.

[00024] O funcionamento da turbomáquina 6 é comandado por uma unidade eletrônica de comando 20, representada na figura 2, que utiliza um circuito de regulação principal para sujeitar uma combinação de medições realizadas no motor a uma instrução que é função do impulso desejado, por ação sobre a vazão de carburante trazido para a camada de combustão 1. A unidade eletrônica de comando também utiliza circuitos de regulação secundários para equipamentos de geometria variável da turbomáquina.

[00025] Com essa finalidade, a unidade eletrônica de comando 20 adquire sinais representativos de diferentes parâmetros de funcionamento medidos, notadamente: - a temperatura T25 na entrada do compressor HP 4, - a temperatura T3 na saída do compressor HP 4, - a temperatura T12 na entrada da ventoinha 5, - a pressão ambiente Pamb, - a velocidade de rotação N1 do compressor BP 7 e da turbina BP 3.

[00026] A unidade eletrônica de comando 20 apresenta a arquitetura material de um computador e compreende um microprocessador 21, uma memória ROM 22, uma memória RAM 23 e uma interface 24. Em funcionamento, o microprocessador 21 executa programas de computador memorizados na memória ROM 22 utilizando para isso a memória RAM 23. A interface 24 permite que a unidade eletrônica de comando 20 adquira os diferentes sinais precitados, e envie sinais representativos das instruções de comando determinadas.

[00027] As temperaturas T25 e T3 são medidas por sensores de temperatura. Os sensores de temperatura sofrem geralmente, por ocasião de uma medição, de uma certa inércia, própria a cada sensor, e que depende notadamente do material e da massa (ou do tamanho) desse sensor. Essa inércia se traduz por uma decalagem temporal entre o momento em que a medição é realizada pelo sensor e o momento em que esse último fornece um sinal em resposta a essa medição. Fala-se de “efeito de arrastamento” da medição.

[00028] De maneira conhecida, a inércia de um sensor pode ser representada por uma constante de tempo. Por exemplo, o documento US 5.080,496 propõe uma modelação digital da inércia de um sensor com o auxílio de um filtro parametrizado por uma estimativa da constante de tempo desse sensor.

[00029] A temperatura T25 é medida por um sensor de temperatura que apresenta uma constante de tempo C1 e a temperatura T3 é medida por um sensor de temperatura que apresenta uma constante de tempo C2 inferior a C1.

[00030] Por exemplo, os valores máximos aceitáveis para a constante de tempo C1 da temperatura T25 são: - 60 segundos para um fluxo de ar de 20 Kg/(s m2), - 34.2 segundos para um fluxo de ar de 50 Kg/(s m2), - 18 segundos para um fluxo de ar de 350 Kg/(s m2), enquanto que os valore máximos aceitáveis para a constante de tempo C2 da temperatura T3 são: - 4 segundos para um fluxo de ar de 20 Kg/(s m2), - 1 segundo para um fluxo de ar de 50 Kg/(s m2), - 0,8 segundo para um fluxo de ar de 350 Kg/(s m2).

[00031] A pessoa versada na técnica pode notar que os valores mencionados acima para a constante de tempo C1 são substancialmente superiores aos valores usuais da arte anterior.

[00032] Por outro lado, a unidade eletrônica de comando 20 pode estimar o valor de certos parâmetros utilizando para isso modelos. Por exemplo, a temperatura T25 pode ser estimada por um modelo de temperatura T25M. Modelos de temperatura T25M são conhecidos pelo profissional e não é necessário das uma descrição detalhada dos mesmos. Por exemplo, a temperatura T25M pode ser determinada em função da temperatura T12, da velocidade de rotação N1 e da pressão Pamb.

[00033] Como explicado anteriormente, uma ingestão de água ou de granizo pode perturbar o funcionamento da turbomáquina 6. Assim, a unidade eletrônica de comando 20 executa um processo de detecção de ingestão de água ou de granizo e adapta o funcionamento da turbomáquina 6 quando uma ingestão é detectada. Vários processos de detecção da ingestão de água ou de granizo são conhecidos pelo profissional e não é necessário dar uma descrição detalhada dos mesmos. Por exemplo, uma ingestão pode ser detectada a partir de uma queda da temperatura T3.

[00034] A figura 3 representa esquematicamente meios de comando que permitem comandar o funcionamento da turbomáquina 6. Os meios de comando da figura 3 são por exemplo utilizados sob a forma de um programa de computador executado pela unidade eletrônica de comando 20.

[00035] A figura 3 representa um módulo de modelação 11, um módulo de detecção 12, um seletor 13 e um módulo de determinação 14.

[00036] O módulo de modelação 11 emprega um modelo da temperatura T25 e determina a temperatura T25M, por exemplo em função da temperatura T12, da velocidade de rotação N1 e da pressão Pamb.

[00037] O módulo de detecção 12 permite detectar uma ingestão de água ou de granizo, em função das temperaturas T3, T25 e T25M. Mais precisamente, uma queda da temperatura T3 permite detectar uma ingestão. Outros parâmetros podem também ser utilizados.

[00038] O seletor 13 recebe na entrada as temperaturas T25 e T25M, assim como o sinal de saída do módulo de detecção 12. Quando o módulo de detecção 12 não indica nenhuma ingestão, o seletor 13 fornece na saída o sinal de temperatura T25. Quando o módulo de detecção 12 indica uma ingestão, o seletor 13 fornece na saída o sinal de temperatura T25M.

[00039] O módulo de determinação 14 determina uma instrução de comando para um dos equipamentos de geometria variável da turbomáquina 6, em função de um valor de entrada fornecido pelo seletor 13. Dito de outro modo, na ausência de ingestão, a instrução de comando é determinada em função da temperatura T25 e em caso de ingestão, a temperatura T25M é utilizada no lugar da temperatura T25. Naturalmente, o módulo de determinação 14 pode também utilizar outros parâmetros para determinar a instrução de comando.

[00040] O funcionamento dos meios de comando da figura 3 é o seguinte.

[00041] Na ausência de ingestão de água ou de granizo, o seletor 13 fornece a temperatura T25 ao módulo de determinação 14.

[00042] Em caso de ingestão de água ou de granizo pela turbomáquina, a temperatura T25 e a temperatura T3 medidas pelos sensores caem. Mais precisamente, a queda da temperatura T3 é mais rápida do que aquela da temperatura T25 pois o sensor da temperatura T3 apresenta uma constante de tempo C2 menor do que a constante de tempo C1 do sensor da temperatura T25. Em contrapartida, a temperatura T25M não cai, pois ela é determinada em função de parâmetros que não são substancialmente perturbados pela ingestão.

[00043] A queda mais rápida da temperatura T3 permite que o módulo de detecção 12 detecte a ingestão de água ou de granizo antes que a temperatura T25 tenha caído suficientemente para perturbar a determinação da instrução de comando pelo módulo de determinação 14.

[00044] Em resposta à detecção da ingestão de água ou de granizo, o seletor 13 bascula e fornece, portanto, a temperatura T25 ao módulo de determinação 14. O módulo de determinação 14 utiliza então a temperatura T25M no lugar da temperatura T25 para determinar a instrução de comando. Assim, o prosseguimento da queda da temperatura T25 não perturba a determinação da instrução de comando.

[00045] Assim, como o sensor que mede a temperatura T25 apresenta uma constante de tempo C1 relativamente elevada, a temperatura T25 medida não cai rapidamente em caso de ingestão de água e pode ser ainda utilizada, temporariamente, para determinar uma instrução de comando antes da detecção da ingestão. Esse sensor pode, portanto, apresentar uma estrutura simples, que não necessita de separador inercial, e pode apresentar um custo reduzido.

[00046] O módulo de determinação 14 determina por exemplo uma instrução de ângulo para pás fixas com ângulo de pá variável do compressor HP 4, uma abertura de válvula de descarga e/ou um aumento da instrução ligada ao impulso. Graças à constante de tempo C1 relativamente elevada e ao seletor 13, o sinal de entrada fornecido ao módulo de determinação 14 não cai substancialmente em caso de ingestão de água ou de granizo. Assim, o módulo de determinação 14 não deve levar em consideração uma margem de segurança para levar em consideração quedas da medição da temperatura T25 em caso de ingestão de água ou de granizo.

[00047] De acordo com uma variante não representada, o módulo de determinação 14 recebe na entrada, além do sinal de saída do seletor 13, o sinal de saída do módulo de detecção 12, e o módulo de determinação 14 utiliza uma primeira lei de comando para determinar a instrução de comando na ausência de ingestão de água, e uma segunda lei de comando diferente da primeira em caso de ingestão de água. Para uma temperatura de entrada dada, a segunda lei de comando fornece uma instrução de ângulo mais fechada do que a primeira lei de comando.

[00048] Assim, de acordo com essa variante, um sobre-fechamento é provocado em caso de ingestão, para compensar o risco de sobrecarga maior nesse caso.

[00049] A invenção foi descrita precedentemente em referência a um modo de realização que se refere às temperaturas T25 e T3. Em variante, a invenção pode se referir a duas outras temperaturas medidas em locais distintos da turbomáquina.

Claims

1. Processo de comando de uma turbomáquina (6) que compreende: - uma etapa de medição de uma primeira temperatura (T25) por um primeiro sensor de temperatura, - uma etapa de medição de uma segunda temperatura (T3) por um segundo sensor de temperatura, - uma etapa de estimativa de uma terceira temperatura (T25M) que modela a dita primeira temperatura, - uma etapa de determinação de pelo menos uma instrução de comando para pelo menos um equipamento de geometria variável da turbomáquina, em função da dita primeira temperatura medida, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro sensor apresenta uma constante de tempo C1 superior a uma constante de tempo C2 do segundo sensor, o processo compreendendo: - uma etapa de detecção de uma ingestão de água ou de granizo em função de uma queda da dita segunda temperatura medida, e - quando uma ingestão de água ou de granizo é detectada, uma etapa de determinação da dita instrução de comando em função da dita terceira temperatura estimada.

2. Processo de comando, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira temperatura é uma temperatura T25 na entrada de um compressor (4) da turbomáquina e a segunda temperatura pode ser uma temperatura T3 na saída do dito compressor.

3. Processo de comando, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro sensor de temperatura não apresenta separador inercial.

4. Processo de comando, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita instrução de comando é uma instrução de ângulo para um conjunto de pás fixas de ângulo de pá variável do dito compressor.

5. Processo de comando, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que, quando nenhuma ingestão de água ou de granizo é detectada, a etapa de determinação compreende a determinação da dita instrução de comando utilizando para isso uma primeira lei de comando e, quando uma ingestão de água ou de granizo é detectada, a etapa de determinação compreende a determinação da dita instrução de comando utilizando para isso uma segunda lei de comando diferente da primeira, e pelo fato de que, para uma temperatura de entrada dada, a segunda lei de comando fornece uma instrução de ângulo mais fechada do que a primeira lei de comando.

6. Unidade eletrônica (20) para o comando de uma turbomáquina, caracterizada pelo fato de que a dita unidade eletrônica compreende uma memória (22) que contém um programa de computador.