ES2553577T3

ES2553577T3 - Sistema de regulación de un freno hidráulico

Info

Publication number: ES2553577T3
Application number: ES08169598.3T
Authority: ES
Inventors: Yannick Garnier
Original assignee: Techspace Aero SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: EP2189771B1; EP2189771A1

Abstract

Freno hidráulico regulado para banco de pruebas de motor aeronáutico que comprende un freno hidráulico propiamente dicho (5) y al menos una válvula de admisión (4) y una válvula de salida (6) de fluido, de preferencia agua, estando al menos una de las dos válvula (4, 6) controlada, caracterizado por que el mencionado freno comprende un sistema de regulación (1) al menos de la válvula de admisión (4) configurado para que ésta sea accionada en base a una señal de control obtenida sumando una señal de imagen del régimen estabilizado de un primer parámetro del motor (2) y una señal de imagen de la variación de al menos un segundo parámetro del motor (3).

Description

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DESCRIPCION

Sistema de regulacion de un freno hidraulico Objeto de la invencion

La presente invencion se refiere a un freno hidraulico para banco de pruebas y mas particularmente a un sistema de regulacion de la valvula de admision del freno hidraulico.

El ambito de aplicacion de la invencion es mas particularmente el de los bancos de pruebas para turbopropulsores, turborreactor de doble flujo o motores de helicoptero (motor «turboshaft»).

Estado de la tecnica

Se conocen motores de avion, tales como los turbopropulsores, y de helicoptero cuya turbina acciona una helice no carenada. En los bancos de prueba destinados para comprobar este tipo de motor, la helice es sustituida por un freno hidraulico, que debe disipar la potencia del motor. El freno hidraulico esta constituido por un rotor accionado, eventualmente por mediacion de un reductor de velocidad, por el arbol de baja presion del motor, girando este rotor generalmente en el agua. La cantidad de agua presente en el freno sustituye, el tiempo de los ensayos, la resistencia variable de la helice en funcion de la incidencia de las palas.

Dos configuraciones son posibles. Bien el motor sometido a ensayo controla la velocidad del arbol y el piloto de ensayo controla la apertura y el cierre de las valvulas del freno hidraulico con el fin de modificar el par. O bien el motor no controla la velocidad del arbol, debiendo esta entonces ser controlada por el banco propiamente dicho. Se trata de esta configuracion en la que se situa aqrn.

En regimen estacionario, el freno hidraulico disipa bien la potencia producida por la turbina y los sistemas de regulacion conocidos del estado de la tecnica no plantean problema particular. A tftulo de ejemplo, la valvula de entrada se abre o se cierra en funcion de la potencia medida por el freno y la valvula de salida regula la velocidad del arbol en bucle cerrado.

Por el contrario, en regimen transitorio, la potencia desarrollada por la turbina aumenta o disminuye mas rapidamente que la admision de agua en el freno. Puede por consiguiente producirse con ello una sobrevelocidad de la turbina y danos a nivel del motor.

En la tecnica anterior, se presentan frenos hidraulicos con valvulas de entrada y salida controladas dinamicamente, es decir que permiten un llenado y un vaciado rapido del freno hidraulico, ver por ejemplo los documentos US 5.571.975 y US 3.138.954.

El documento US-A-5.834.654 propone un sistema de regulacion que controla la apertura y el cierre simultaneo de las valvulas de entrada y salida de un dinamometro con freno hidraulico. Este sistema permite controlar el nivel de agua en el freno asf como el flujo de agua que pasa por el freno con el fin de controlar la temperatura y evitar un calentamiento del agua. Las valvulas de entrada y de salida se abren y se cierran respectivamente a una misma velocidad para aumentar el nivel de agua en el interior del freno hidraulico y viceversa para reducir el nivel de agua en el freno hidraulico. De igual modo, las valvulas de entrada y de salida se abren, e inversamente se cierran, dinamicamente a una misma velocidad para aumentar o para reducir el flujo de agua con el fin respectivamente de disminuir o aumentar la temperatura del agua. El sistema de regulacion de las valvulas de entrada y salida opera sobre la base de la diferencia entre un valor de consigna y un parametro medido que puede ser el par ejercido sobre el eje, la temperatura del agua o tambien la potencia absorbida. La regulacion puede realizarse tambien sobre la combinacion de dos de estos parametros. Este sistema permite una respuesta de las valvulas de apertura y cierre sobre la base de una retroalimentacion en la cual un cierto retraso es inherente.

El documento US-A-2003/0223890 describe un sistema y un metodo de control volumetrico de fluido para dinamometro con freno hidraulico que comprende una recirculacion en bucle cerrado para mantener un volumen de fluido constante en el freno asf como una temperatura del agua sustancialmente constante. El volumen de fluido en el freno es controlado suministrando, respectivamente retirando, fluido selectivamente al freno, respectivamente del freno. El aporte y el vaciado del fluido en el freno se realizan bien sea unicamente por el orificio de entrada o por medio respectivamente de los orificios de entrada y salida del freno. Este documento no describe tampoco antes el sistema de regulacion.

Fines de la invencion

La presente invencion tiene por objeto proponer un sistema de regulacion de la admision de agua en un freno hidraulico de un banco de pruebas, que permite remediar los inconvenientes del estado de la tecnica.

En particular, la invencion tiene por objeto proponer un sistema de regulacion de la valvula de admision de agua del

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freno hidraulico utilizado en bancos de pruebas de turbopropulsores, turborreactores de doble flujo o motores de helicoptero.

La invencion trata tambien de proporcionar un sistema de regulacion que responda mas rapidamente al cambio de regimen del motor.

La invencion trata tambien de evitar cualquier dano del motor en fases de deceleracion o de aceleracion del motor (regimen transitorio).

Principales elementos caracteristicos de la invencion

Un primer objeto de la presente invencion, indicado en la reivindicacion 1, se refiere a un freno hidraulico regulado para banco de pruebas de motor aeronautico que comprende un freno hidraulico propiamente dicho y al menos una valvula de admision y una valvula de salida de fluido, de preferencia del agua, estando al menos una de las dos valvulas controlada, caracterizado por que el mencionado freno comprende un sistema de regulacion al menos de la valvula de admision configurado para que esta sea accionada en base a una senal de control obtenida sumando una senal de imagen del regimen estabilizado de un primer parametro del motor y una senal de imagen de la variacion de al menos un segundo parametro del motor.

Ejemplos de formas de realizacion de la invencion retoman, en combinacion con las caractensticas de la reivindicacion 1, una o varias de las caractensticas adicionales siguientes, indicadas en las reivindicaciones secundarias:

- la senal de imagen del regimen estabilizado de un primer parametro del motor es la potencia del motor medida;

- la senal de imagen de la variacion de al menos un segundo parametro del motor es la derivada o una funcion representativa de la variacion temporal del o de los segundos parametros del motor;

- el mencionado segundo parametro del motor es la potencia demandada por un calculador del motor o FADEC, la velocidad de un cuerpo a alta presion, un caudal de combustible, el angulo de una manecilla de mando del motor, la potencia medida del motor o el par medido en el indicado freno hidraulico;

- comprende ademas un sistema de regulacion, de preferencia en bucle cerrado, de la valvula de salida del freno hidraulico;

- el sistema de regulacion de la valvula de salida comprende un controlador proporcional-integral-derivado o PID que controla la valvula de salida en bucle cerrado en base a la diferencia entre un valor de consigna y un parametro medido;

- el parametro medido es la velocidad del arbol del motor;

- las valvulas de admision y de salida son valvulas proporcionales controladas, por ejemplo neumaticas.

Otro objeto de la presente invencion, indicado en la reivindicacion 10, se refiere a la utilizacion del freno hidraulico regulado tal como se ha descrito anteriormente en un banco de pruebas para turbopropulsores, turborreactores de doble flujo o motores de helicoptero.

Breve descripcion de las figuras

La figura 1 representa esquematicamente un freno hidraulico con sus sistemas de regulacion de las valvulas de entrada y de salida, segun la presente invencion.

Descripcion detallada de una forma de realizacion segun el estado de la tecnica

Como se ha representado en la figura 1, un freno hidraulico segun el estado de la tecnica comprende un sistema de regulacion 1 de una valvula de admision de agua 4, el freno hidraulico como tal 5 y un sistema de regulacion 7 de una valvula de salida 6 del freno hidraulico.

Las valvulas de admision 4 y de salida 6 son valvulas proporcionales controladas.

La valvula de salida puede ser regulada por un controlador PID (proporcional-integral-derivado) 7 sobre la diferencia entre la velocidad del arbol del motor medida y un valor de consigna («setpoint»).

Para la valvula de entrada, varias soluciones son posibles:

- regulacion como la valvula de salida, pero en oposicion (por ejemplo patente US-A-5.834.654);

- en bucle abierto con la potencia medida (velocidad del arbol x par) sobre el freno como parametro de entrada o con una imagen de esta potencia en funcionamiento estabilizado como parametro de entrada (mdice 2 en la figura 1);

- en bucle abierto con una posicion conocida de apertura de la valvula y necesitando un cambio de modo de funcionamiento del banco para los transitorios. Esta opcion no funciona en todos los casos de figura

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(aceleracion lenta por ejemplo)

Descripcion de formas de realizacion preferidas de la invencion

Segun una forma de realizacion preferida de la invencion, en el sistema de regulacion de la valvula de admision 4, una senal de imagen 3 de variacion de la potencia de la turbina se anade a la senal de potencia 2 medida en regimen estabilizado para controlar la apertura de la valvula de admision 4, con el fin de poder reaccionar mas rapidamente en una configuracion de transitorio.

Ventajosamente, la indicada senal de imagen 3 puede ser:

- una derivada de una senal de entrada en un transitorio tal como la potencia demandada por el calculador del motor (FADEC), la velocidad del cuerpo en alta presion (HP), el caudal de combustible, la potencia real, el par medido sobre el freno, el angulo de la manecilla de control («throttle») o

- cualquier otra funcion de estos parametros con un valor de salida dependiente de la velocidad de variacion de los parametros de entrada.

Ventajas de la invencion

La presente invencion permite librarse de la inercia relacionada con los sistemas de regulacion del estado de la tecnica y por consiguiente, reaccionar mas rapidamente y de forma apropiada en caso de transitorio.

La invencion permite igualmente aumentar la capacidad del banco en terminos de dinamica y de operabilidad. Asf, el piloto puede operar los transitorios sin preocuparse del modo de funcionamiento y/o de la velocidad a la cual va a acelerar. El banco es capaz de transitorios mas rapidos que segun el estado de la tecnica.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Freno hidraulico regulado para banco de pruebas de motor aeronautico que comprende un freno hidraulico propiamente dicho (5) y al menos una valvula de admision (4) y una valvula de salida (6) de fluido, de preferencia agua, estando al menos una de las dos valvula (4, 6) controlada, caracterizado por que el mencionado freno comprende un sistema de regulacion (1) al menos de la valvula de admision (4) configurado para que esta sea accionada en base a una senal de control obtenida sumando una senal de imagen del regimen estabilizado de un primer parametro del motor (2) y una senal de imagen de la variacion de al menos un segundo parametro del motor (3).
2. Freno hidraulico segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la senal de imagen del regimen estabilizado de un primer parametro del motor (2) es la potencia del motor medida.
3. Freno hidraulico segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la senal de imagen de la variacion de al menos un segundo parametro del motor (3) es la derivada o una funcion representativa de la variacion temporal del o de los segundos parametros del motor (3).
4. Freno hidraulico segun la reivindicacion 3, caracterizado por que el indicado segundo parametro del motor (3) es la potencia demandada por un calculador del motor o FADEC, la velocidad de un cuerpo de alta presion, una caudal de combustible, el angulo de una manecilla de control del motor, la potencia medida del motor, o el par medido sobre el indicado freno hidraulico.
5. Freno hidraulico segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende ademas un sistema de regulacion (7), de preferencia en bucle cerrado, de la valvula de salida (6) del freno hidraulico (5).
6. Freno hidraulico segun la reivindicacion 5, caracterizado por que el sistema de regulacion (7) de la valvula de salida (6) comprende un controlador proporcional-integral-derivado o PID que controla la valvula de salida (6) en bucle cerrado en base a la diferencia entre un valor de consigna y un parametro medido.
7. Freno hidraulico segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el parametro medido es la velocidad del arbol del motor.
8. Freno hidraulico segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las valvulas de admision (4) y de salida (6) son valvulas proporcionales controladas.
9. Freno hidraulico segun la reivindicacion 8, caracterizado por que las indicadas valvulas (4, 6) son valvulas neumaticas.
10. Utilizacion de un freno hidraulico regulado segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en un banco de pruebas para turbopropulsores, turborreactores de doble flujo o motores de helicoptero.