FR2905974A1 - Systemes de detection et de regulation d'instabilites de l'ecoulement des gaz dans un compresseur, compresseur et moteur a turbine a gaz, utilisation de dispositifs de type mems dans un turboreacteur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de détection d'instabilités de l'écoulement des gaz dans un compresseur de moteur à turbine à gaz. Le système comprend au moins un moyen (3) de capture et de transmission de données, agencé pour mesurer les variations d'au moins un paramètre de l'écoulement des gaz dans le compresseur et transmettre des données à au moins un moyen (12) de réception de données. Le moyen de capture et de transmission (3) transmet les données au moyen de réception (12) par ondes radio.Grâce à l'invention, la détection des prémices des phénomènes aérodynamiques au sein du moteur à turbine à gaz est plus rapide.

Description

1 L'invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz comportant

un système de détection d'instabilités dans l'écoulement des gaz du compresseur. Un moteur à turbine à gaz comprend un ou plusieurs étages de compresseur, 5 une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine et une tuyère d'éjection. Les phénomènes d'instabilités aérodynamiques dans la veine de gaz du compresseur, du type par exemple du décollement tournant ou du pompage, doivent être anticipés, car ils peuvent conduire à un arrêt du moteur ou encore à son 10 endommagement. La demande de brevet EP 1 138 952, au nom de la Demanderesse, présente un procédé d'acquisition de données, à partir de capteurs répartis dans le compresseur, permettant d'anticiper un phénomène de décollement ou de pompage et de prendre 15 ainsi des mesures appropriés avant que ce phénomène ne se manifeste. Autrement dit, on propose de détecter, non pas le phénomène en tant que tel, mais ses prémices. Ces prémices se manifestent sous la forme de variations rapides de la pression dans la veine de gaz, qui annoncent l'arrivée d'un phénomène d'instabilité. Ces variations sont détectées par des capteurs, reliés au calculateur du turboréacteur par des câbles, 20 communément désignés par le terme de "harnais" dans le domaine des turbomachines, le calculateur assurant le traitement des données. Il est toutefois souhaitable d'améliorer encore un tel système de détection d'anomalies aérodynamiques dans le compresseur, afin d'être avertis le plus tôt 25 possible de l'apparition d'un phénomène d'instabilité, avec un système de détection le plus simple et le moins cher possible. C'est ainsi que l'invention concerne un système de détection d'instabilités de l'écoulement des gaz dans un compresseur de moteur à turbine à gaz, comprenant au 30 moins un moyen de capture et de transmission de données, agencé pour mesurer les variations d'au moins un paramètre de l'écoulement des gaz dans le compresseur et transmettre des données à au moins un moyen de réception de données, caractérisé par le fait que le moyen de capture et de transmission transmet les données au moyen de réception par ondes radio. 35 Grâce à l'invention, la communication entre le moyen de capture et de transmission et le moyen de réception est une communication sans fil, contrairement à l'art antérieur dans lequel ce sont des câbles qui relient les capteurs au dispositif de 2905974 2 réception de données. Un tel mode de transmission de données permet une détection plus rapide, puisque sans connectique, des prémices des phénomènes aérodynamiques au sein du moteur à turbine à gaz.

La suppression de ces câbles est par ailleurs avantageuse à de nombreux égards. Elle permet de simplifier l'étude du cheminement des nombreux harnais sur le moteur à turbine à gaz. Elle permet de supprimer une partie de ces harnais et donc de réduire les coûts liés à leur fabrication, ainsi que la masse globale du moteur à turbine à gaz. Elle permet de réduire le temps de montage des harnais et donc les coûts de montage du moteur à turbine à gaz. Elle permet de réduire les coûts de maintenance des harnais. Elle permet de réduire le nombre de harnais au niveau du compresseur, qui est un lieu du moteur à turbine à gaz où la température est élevée, ce qui leur est préjudiciable.

De préférence, le paramètre est la pression du gaz dans le compresseur. De préférence encore, le moyen de capture et de transmission est un dispositif du type MEMS.

L'acronyme MEMS signifie, en anglais, "microelectromechanical system", ce qui se traduit littéralement en français par "microsystème électromécanique". Ces microsystèmes sont conventionnellement désignés par l'homme du métier sous cet acronyme MEMS, qui sera donc utilisé dans la suite de la description. Il s'agit de systèmes intégrant, sur une puce, à l'échelle miniature (de l'ordre du millimètre ou du micromètre), non seulement des organes de calculs électroniques, mais également des organes mécaniques, fournissant des données aux organes de calcul ou commandés par eux (cas des MEMS actionneurs, que l'on évoquera plus loin). Ces organes mécaniques et électroniques servent à remplir certaines fonctions, ici au moins une fonction de capture et une fonction de transmission de données. Les systèmes de type MEMS comprennent donc des organes de micro électronique et de micro mécanique. Ils sont généralement fabriqués grâce à des circuits intégrés pour les organes électroniques et grâce à du micro usinage pour les organes mécaniques. Les systèmes de type MEMS étant miniaturisés, leur encombrement est faible, ce qui est avantageux pour le moteur à turbine à gaz. Une autre conséquence de ce faible encombrement est qu'il est possible de prévoir une pluralité de dispositifs de capture et de transmission identiques, même si un seul d'entre eux n'est en fait nécessaire. Cette répétition des dispositifs augmente la fiabilité du système de 2905974 3 détection, car alors en cas de panne de l'un d'eux, un autre dispositif peut remplir la fonction du dispositif en panne. Par ailleurs, la détection des instabilités est d'autant plus rapide que les 5 systèmes de type MEMS sont miniaturisés : ils comprennent des micro mécanismes dont le temps de réponse est très court. Avantageusement, le dispositif du type MEMS est logé dans une vis vissée sur le carter du compresseur. Avantageusement encore, le dispositif de type MEMS est autoalimenté. Les dispositifs de type MEMS sont alors autonomes et il s'ensuit une plus grande simplicité de leur mise en place et une garantie quant à la sécurité de 15 l'ensemble, d'autant plus s'il y a une pluralité de dispositifs : la défaillance de l'un est alors compensée par la présence d'un autre et, chaque dispositif étant indépendamment alimenté, de manière autonome, la défaillance d'alimentation de l'un ne se répercute pas sur les autres.

20 De préférence, le dispositif de type MEMS comporte des moyens d'alimentation, agencés pour transformer l'énergie ambiante du compresseur en énergie électrique. Avantageusement dans ce cas, les moyens d'alimentation comportent une 25 micro turbine, agencée pour utiliser un flux de gaz du moteur à turbine à gaz pour générer de l'électricité et alimenter le dispositif de type MEMS. Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif de type MEMS comporte un moyen unique remplissant une fonction de capture de données et 30 d'alimentation du dispositif. De préférence dans ce cas, le moyen unique est une micro membrane ù par exemple de type piézoélectrique ù dont la vibration à une fréquence donnée à détecter génère un courant électrique permettant la transmission de données concernant ladite 35 fréquence. Selon une forme de réalisation, le moyen de capture et de transmission comporte également des moyens de traitement des données.

10 2905974 4 Avantageusement dans ce cas, les moyens de traitement sont agencés pour envoyer un signal de commande aux moyens de réception pour la régulation des instabilités détectées.

5 L'invention concerne également un système de régulation d'instabilités de l'écoulement des gaz dans un compresseur de moteur à turbine à gaz, comprenant au moins un système de détection des instabilités, comportant au moins un moyen de capture et de transmission de données, agencé pour mesurer les variations d'au moins 10 un paramètre de l'écoulement des gaz dans le compresseur et transmettre des données à au moins un moyen de réception de données, pour commander au moins un moyen de régulation, caractérisé par le fait que le moyen de capture et de transmission transmet les données au moyen de réception par ondes radio.

15 De préférence, le système de détection des instabilités comporte les caractéristiques du système de détection présenté ci-dessus. Selon une forme de réalisation, le moyen de réception comporte un boîtier fixé à proximité du compresseur. Selon une autre forme de réalisation, le moyen de réception est compris dans le FADEC. De préférence, le moyen de réception remplit également une fonction de 25 traitement des données, afin d'émettre un signal de commande pour commander le moyen de régulation des instabilités. Selon une forme de réalisation particulière, les moyens de réception de données et les moyens de régulation des instabilités sont compris dans un même 30 dispositif. De préférence dans ce cas, le dispositif est un dispositif de type MEMS actionneur.

35 De préférence encore, le dispositif de type MEMS comporte des moyens mécaniques de régulation des instabilités.

20 2905974 5 De préférence toujours, les moyens mécaniques comprennent une micro vanne de décharge. Avantageusement, les moyens mécaniques sont actionnés par des moyens 5 électroniques du dispositif de réception de données. L'invention concerne encore un compresseur de moteur à turbine à gaz, comportant le système de régulation d'instabilités de l'écoulement des gaz présenté ci-dessus. L'invention concerne encore un moteur à turbine à gaz comportant un tel compresseur. L'invention s'applique particulièrement à un turboréacteur, mais il va de soi 15 que la Demanderesse n'entend pas limiter la portée de ses droits à cette seule application, l'invention s'appliquant à tout moteur à turbine à gaz comprenant un compresseur. L'invention concerne également l'utilisation, dans un turboréacteur, de 20 dispositifs de type MEMS pour la régulation d'instabilités de l'écoulement des gaz dans le compresseur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée du système de régulation de l'invention, en référence aux 25 planches de dessins annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente une vue en perspective, avec une partie arrachée, des parties statoriques d'un compresseur de moteur à turbine à gaz comportant un système de régulation conforme à une première forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective agrandie du carter du 30 compresseur de la figure 1, avec un dispositif de type MEMS logé dans une vis prête à être vissée ; - la figure 3 représente une vue en coupe schématique, avec un schéma bloc fonctionnel, d'un dispositif de type MEMS logé dans le carter du compresseur de la figure 1 et 35 - la figure 4 représente une vue en coupe schématique d'un compresseur de moteur à turbine à gaz, comportant un système de régulation conforme à une deuxième forme de réalisation de l'invention.

10 2905974 6 En référence à la figure 1, un compresseur 1 d'un moteur à turbine à gaz comporte une partie statorique et une partie rotorique. Le moteur à turbine à gaz est ici un turboréacteur. Seule la partie statorique est représentée sur la figure 1. Le compresseur 1 comporte une succession de couronnes 2 d'aubes fixes agencées pour 5 redresser le flux de gaz. Entre ces couronnes 2 sont destinées à s'étendre des roues d'aubes mobiles, non représentées. Chaque paire d'une roue d'aubes mobiles et d'une couronne d'aubes fixes 2 forme un étage du compresseur. Les roues d'aubes mobiles compriment le gaz et chaque couronne d'aubes fixes 2 redressent le flux de gaz issu de la roue le précédant en amont. Le compresseur 1 comporte un carter externe 10, dont 10 la surface interne définit la limite externe de la veine de gaz 11, la limite interne de la veine de gaz 11 étant définie par le pied des aubes (fixes ou mobiles). La structure et le fonctionnement du compresseur 1 sont classiques et ne seront pas décrits plus en détails, hormis les aspects nécessaires à la bonne compréhension de l'invention.

15 Le compresseur 1 comporte un système de détection d'instabilités de l'écoulement des gaz de la veine 11. Il s'agit d'un système dont la fonction est ici de détecter les prémices d'un phénomène d'instabilité aérodynamique du flux dans le compresseur, du type du pompage ou du décollement tournant, par exemple.

20 En référence aux figures 2 et 3, ce système comporte au moins un moyen 3 de capture et de transmission de données, agencé pour remplir une première fonction de capteur, pour mesurer les variations d'un paramètre de l'écoulement du flux de gaz, et une deuxième fonction de transmission par ondes radio de données. Ces données sont transmises à un moyen de réception de données. Le moyen 3 de capture et de 25 transmission est en l'espèce un dispositif du type MEMS, dont la définition a été donnée plus haut. En référence à la figure 3, le dispositif 3 est logé dans une vis 4, ce qui est possible du fait du faible encombrement des systèmes de type MEMS. Tout autre 30 support ou logement peut être envisagé pour ce dispositif 3. Le dispositif 3 comporte ici un moyen 5 de capture de données d'un paramètre du flux de gaz dans la veine 11 du compresseur 1, un moyen 6 de traitement de ces données, un moyen 7 d'émission de données par ondes radio vers un moyen de réception de données et un moyen 8 d'alimentation du dispositif 3 de type MEMS. Ces moyens 5, 6, 7, 8 sont représentés 35 de manière tout à fait schématique sur la figure 3, sous la forme d'un schéma bloc. Plus précisément, les moyens de capture de données 5 comportent ici un capteur de pression ; structurellement, il peut par exemple s'agir d'une micro 2905974 7 membrane 5, dimensionnée pour vibrer à certaines fréquences déterminées. Une telle micro membrane 5 peut par exemple être gravée sur une puce de silicium. Elle doit être dimensionnée de sorte à supporter la pression au sein d'un compresseur, typiquement de l'ordre de 35 à 50 bars. Le dispositif 3 étant ici contenu à l'intérieur 5 d'une vis 4, la membrane 5 est placée à l'extrémité de la tige de la vis 4. En référence à la figure 2, la vis 4 est vissée dans un alésage 9 du carter externe 10 du compresseur 1 et est dimensionnée de telle sorte que, une fois la vis vissée, la membrane 5 affleure dans la veine de gaz 11, au niveau de sa limite externe, c'est-à-dire de la surface interne du carter externe 10, comme on le voit sur la figure 3.

10 Le capteur de pression 5 est reliée aux moyens de traitement des données 6, ici un microprocesseur 6. Ce dernier traite les données fournies par le capteur de pression 5 puis transmet un signal aux moyens d'émission de données 7, ces derniers comportant une antenne 7 d'émission d'ondes radio, émettant des signaux sous forme 15 d'ondes radio, comme schématisé par la flèche 7'. L'ensemble est alimenté par les moyens d'alimentation 8. De préférence, le dispositif de type MEMS est autoalimenté, c'est-à-dire que les moyens d'alimentation 8 sont autonomes et ne nécessitent aucun moyen d'alimentation extérieur additionnel.

20 Les moyens d'alimentation 8 peuvent être de différents types. De préférence, quel que soit ce type, les moyens d'alimentation 8 sont agencés de sorte à alimenter le dispositif de type MEMS 3 grâce à une transformation de l'énergie ambiante du moteur à turbine à gaz (qu'il s'agisse d'énergie acoustique, vibratoire, thermique, mécanique, 25 etc.) en énergie électrique : ces moyens d'alimentation 8 forment ainsi un générateur, utilisant l'énergie ambiante comme source d'énergie électrique. L'intérêt de tels générateurs est qu'ils permettent au dispositif de type MEMS 3 d'être autonome, en utilisant l'énergie disponible dans le moteur à turbine à gaz, à sa proximité.

30 On peut citer quelques exemples de tels générateurs. Les moyens d'alimentation 8 peuvent comporter une micro turbine. Une telle micro turbine est de préférence agencée sur la tête de la vis 4 logeant le dispositif de type MEMS 3 ; elle comporte une pluralité d'aubes miniatures gravées dans une surface en forme de disque plein, laquelle surface est entraînée en rotation par un flux de gaz et permet ainsi la 35 génération d'énergie électrique. Le flux de gaz peut provenir de tout flux de gaz convenant à cette utilisation, qu'il s'agisse d'un flux de gaz spécialement dévié à cet effet pour l'alimentation de la micro turbine, ou encore d'un flux de gaz de fuite s'écoulant à cet endroit du moteur à turbine à gaz. L'avantage d'une telle micro turbine 2905974 8 est qu'elle utilise un flux de gaz du moteur à turbine à gaz pour alimenter, de manière autonome, le dispositif de type MEMS 3. Les moyens d'alimentation 8 peuvent également comporter des moyens 5 transformant l'énergie acoustique en énergie électrique, ou des moyens piézoélectriques, transformant l'énergie vibratoire en énergie électrique, ou des moyens transformant une énergie thermique en énergie électrique (par exemple, un thermocouple utilisant la différence de température entre deux points), ou encore une source photovoltaïque, ou tout autre moyen d'alimentation pouvant être miniaturisé de 10 sorte à être introduit dans un système de type MEMS pour transformer de l'énergie disponible dans le compresseur. Selon une autre forme de réalisation, les moyens d'alimentation 8 comporte une batterie, ou pile, capable de fonctionner sur une longue durée. De préférence, cette 15 batterie est rechargeable, grâce des moyens de conversion de l'énergie ambiante en énergie électrique du type de l'un de ceux présentés ci-dessus. Selon une forme de réalisation particulière, un élément unique remplit à la fois la fonction de détection de la pression dans la veine de gaz et la fonction 20 d'alimentation électrique : il peut s'agir d'une micro membrane û par exemple piezoélectrique û qui est dimensionnée et agencée de telle sorte que, lorsqu'elle est excitée à une pression déterminée, ses vibrations génèrent un courant électrique qui permet l'envoi de l'information de la variation de pression, via le microprocesseur et les moyens d'émission. Ainsi, l'alimentation se fait en instantané, de manière non pas 25 continue mais discrète, et est commandée par la valeur même du paramètre surveillé, dans la mesure où la micro membrane est dimensionnée pour ne rentrer en vibration que pour les variations de pression suspectes que l'on souhaite détecter : c'est donc l'apparition d'une variation de pression suspecte qui commande la génération d'énergie électrique, cette énergie électrique étant générée grâce à l'énergie vibratoire de ces 30 mêmes variations de pression. Ainsi, la variation de pression est à la fois la commande et la source d'énergie permettant la transmission d'un signal, qui annonce cette variation de pression. Notons qu'ici, le signal peut être très simple, juste un bit par exemple, les moyens de réception de données analysant la transmission de ce bit comme révélant la vibration de la membrane à une fréquence donnée. Le signal 35 pourrait également être dépendant de la fréquence de vibration de la membrane (par exemple, il peut s'agir d'un signal dont la fréquence est proportionnelle à la fréquence des variations de la pression).

2905974 9 Le fonctionnement du dispositif 3 de capture et de transmission de données va maintenant être décrit, selon plusieurs formes de réalisation. Le fonctionnement de base est le suivant : le capteur de pression 5 mesure la 5 valeur de la pression et transmet des données au microprocesseur 6, qui commande l'envoi de données aux moyens d'émission 7. La fonction du dispositif 3 est de détecter des variations de pression annonciatrices d'un problème de type décollement tournant ou pompage. Plusieurs procédés sont envisageables pour cette détection, impliquant l'utilisation d'un dispositif de type MEMS 3 plus ou moins compliqué.

10 Selon une première forme de réalisation, c'est le capteur de pression 5 lui-même qui est dimensionné de telle sorte qu'il ne capte que les variations de pression s'écartant d'une valeur de référence ; le capteur de pression 5 n'envoie donc des données au microprocesseur 6 qu'en cas de problème.

15 Selon une deuxième forme de réalisation, le capteur de pression 5 envoie des données au microprocesseur 6 en continu et c'est ce dernier qui fait la discrimination entre les valeurs normales et les valeurs annonciatrices d'un problème, et commande aux moyens d'émission 7 l'envoi d'un signal seulement en cas de problème. Ce signal 20 peut éventuellement comporter une information de commande de régulation des instabilités, comme on le verra plus loin. Selon une troisième forme de réalisation, le capteur de pression 5 envoie des données au microprocesseur 6 en continu, ce dernier les transmettant en continu par les 25 moyens d'émission 7 au moyen de réception de données, lequel analyse les données et relève celles qui pourraient être à la source d'un problème. Ainsi, selon le filtrage des données opéré par le dimensionnement même de la membrane 5 (si elle ne vibre qu'à certaines fréquences), ou l'analyse des données qui 30 est faite par le microprocesseur 6, la nature des données transmises par les moyens d'émission 7 aux moyens de réception est différente. Ces données transportent un contenu cognitif dont le traitement est plus ou moins avancé, depuis de simples données brutes de pression ou de variations de pression jusqu'à un signal agissant directement sur certains organes du turboréacteur pour la régulation du problème 35 d'instabilités, comme on le verra plus loin. Autrement dit, ces données sont soit brutes, soit traitées ; dans le cas où elles sont traitées, elles comportent ou non une caractéristique de commande du moyen de réception qui les reçoit.

2905974 10 Dans tous les cas, les données sont transmises par ondes radio, par les moyens d'émission 7, à des moyens 12 de réception de données. Un système de régulation d'instabilités de l'écoulement des gaz du compresseur est ainsi formé, qui comporte un système de détection des instabilités, comportant un moyen 3 de capture et de 5 transmission de données, agencé pour mesurer les variations de la pression dans l'écoulement des gaz et transmettre des données à un moyen 12 de réception de données, pour commander un moyen de régulation. Ces moyens de réception 12 peuvent être de différentes natures, en fonction 10 de la manière dont le système de régulation est configuré. Selon une première forme de réalisation, représentée sur la figure 1, les moyens de réception 12 comprennent un boîtier 12 spécialement dédié à cette fonction de réception dans le système de régulation. Un tel boîtier 12 est logé à proximité du 15 compresseur 1 et comporte une antenne de réception des signaux émis par le ou les dispositifs de type MEMS 3 montés sur le compresseur 1. Ce boîtier 12 comporte également des moyens de traitement des données reçues de ces dispositifs 3, ainsi que des moyens d'émission d'un signal de commande pour un moyen de régulation des problèmes détectés. La régulation de ces problèmes sera détaillée plus loin.

20 Selon une deuxième forme de réalisation, non représentée sur les figures, les moyens de réception 12 sont agencés dans le dispositif de contrôle du turboréacteur. Ce dispositif de contrôle est bien connu de l'homme du métier sous son acronyme anglais FADEC, qui signifie "Full Authority Digital Engine Control", et qui se traduit 25 littéralement par "système numérique de contrôle du moteur à pleine autorité". Le FADEC est le calculateur qui contrôle les différents organes et accessoires du turboréacteur. Il est généralement situé sur le corps du turboréacteur, fixé sur la surface de l'un de ses carters. Dans cette forme de réalisation, les moyens de réception des données en provenance des dispositifs de type MEMS 3 comprennent une antenne, 30 intégrée au FADEC, ce dernier comprenant également des moyens de traitement de ces données, ainsi que des moyens d'émissions d'un signal de commande de régulation des problèmes détectés. La régulation de ces problèmes sera détaillée plus loin. Une telle forme de réalisation présente l'avantage que le FADEC est déjà existant sur un turboréacteur et ne nécessite pas la mise en place d'un dispositif particulier. Par 35 ailleurs, le FADEC comporte déjà des moyens de traitement électronique et il n'est pas compliquer d'y ajouter une fonction supplémentaire d'analyse des données émises par le dispositif de type MEMS 3.

2905974 11 Selon une troisième forme de réalisation représentée sur la figure 4, dont on peut noter ici qu'elle n'est pas à l'échelle, les moyens de réception 12 sont directement compris dans un autre dispositif 12 de type MEMS, remplissant une fonction supplémentaire de régulation des instabilités de l'écoulement dans la veine. Autrement 5 dit, les moyens de réception des données et les moyens de régulation sont contenus dans un même dispositif ; il s'agit d'un dispositif de type MEMS actionneur, c'est-à-dire un dispositif de type MEMS dont les moyens mécaniques sont commandés par les moyens électroniques, pour remplir une fonction d'actionneur donnée. Cette forme de réalisation particulière sera décrite plus bas.

10 Le fonctionnement du système de régulation d'instabilités de l'invention va maintenant être décrit plus en détails. Globalement, ce fonctionnement est le suivant. Les variations de pression sont 15 mesurées par le capteur de pression 5 du dispositif de type MEMS 3. Sur la base de ces mesures, des données sont transmises au dispositif 12 de réception de données. Les données peuvent être, comme on l'a vu plus haut, soit des données brutes destinées à être traitées par le dispositif 12 de réception de données, soit le résultat d'un traitement de données par le microprocesseur 6 du dispositif de type MEMS 3, selon que ce 20 dernier comporte ou non des moyens de traitement des données. Sur la base de ces données, les moyens 12 de réception de données émettent, si cela est nécessaire, un signal de commande à au moins un moyen de régulation. Une régulation des instabilités est alors mise en oeuvre par ce dernier. Une telle régulation 25 peut se faire sous diverses formes. Selon une première forme de réalisation, la régulation est opérée, de manière automatique, par une décharge du flux de gaz du compresseur afin d'en réduire la pression. Des moyens adaptés, tels qu'une ou des vannes de décharge, sont prévus sur 30 le carter 10 du compresseur, à des emplacements adaptés à la décharge souhaitée. Les moyens 12 de réception des données commandent lesdites vannes pour qu'elles opèrent une décharge du flux de gaz du compresseur. Selon une deuxième forme de réalisation, la régulation peut se faire par un 35 arrêt automatique du moteur à turbine à gaz. Il est bien sûr possible qu'il soit opéré un choix entre la première et la deuxième forme de réalisation, en fonction du caractère sérieux ou grave des prémices d'instabilités détectées par le système de détection.

2905974 12 Selon une troisième forme de réalisation, la régulation commence par un message d'avertissement au pilote, lui indiquant que les prémices d'un phénomène d'instabilités ont été détectées ; ce dernier prend alors la responsabilité du mode de régulation à adopter, par exemple décharge du flux de gaz ou arrêt du turboréacteur ; 5 une telle forme de réalisation n'est envisageable que si le temps estimé qui doit s'écouler entre la détection des prémices et le réel phénomène d'instabilités est assez long pour laisser au pilote le temps de réagir. D'autres formes de réalisation peuvent bien sûr être envisagées ; ainsi, la 10 régulation peut être opérée grâce à une réduction du régime moteur, grâce à l'ajustement de divers paramètres, en lien avec l'écoulement des gaz, par le réglage des éléments réglables du turboréacteur, etc. On peut noter à ce point de l'exposé que, pour beaucoup d'éléments du 15 système de l'invention, plusieurs formes de réalisation sont envisageables : nature des données transmises par le dispositif de type MEMS 3, en fonction que ce dernier traite ou non ces données, nature des moyens de réception des données, forme de la régulation opérée, nature des moyens d'alimentation 8du dispositif de type MEMS 3, etc. Ces diverses formes de réalisation peuvent, bien entendu, être combinées entre 20 elles, lorsqu'il n'y a pas d'incompatibilité. Il serait trop fastidieux de détailler ici l'ensemble des combinaisons possibles entre ces diverses formes de réalisation, en particulier en fonction des différents types de dispositifs et de fonctions remplies par chacun. On ne décrira que les formes de réalisation préférées de fonctionnement global du système de régulation. On note ici que, comme précisé plus haut, le degré de 25 traitement des données au sein du dispositif de type MEMS 3 et au sein du dispositif de réception 12 peut varier ; globalement, ce qui n'est pas traité par l'un est traité par l'autre. Dans la forme de réalisation du système décrit en référence à la figure 1, les 30 dispositifs de type MEMS 3 mesurent la valeur de la pression et, en cas de variations de pression s'écartant de valeurs de référence, la détection de cet écart se faisant au niveau du microprocesseur 6 du dispositif de type MEMS 3, ce microprocesseur 6 ordonne l'émission de données de détection d'un écart, avec la valeur de cet écart. Ces données sont émises au niveau de l'antenne 7 et reçues au niveau de l'antenne de 35 réception du boîtier 12. Les moyens de traitement de données de ce boîtier 12 analysent les écarts mesurés et ordonnent la régulation des instabilités dont les prémices ont été détectées, grâce à un signal de commande de régulation envoyé à un moyen de régulation. Le signal de commande peut varier selon la nature ou la gravité 2905974 13 du phénomène détecté. La régulation peut se faire grâce à des vannes de décharge situées en des lieux appropriés de la veine de gaz du compresseur. Le boîtier 12 peut aussi ordonner l'arrêt complet du turboréacteur, si les instabilités semblent trop importantes pour pouvoir être stoppées.

5 Dans la forme de réalisation dans laquelle c'est le FADEC qui comporte les moyens 12 de réception de données, le fonctionnement est globalement semblable au fonctionnement présenté ci-dessus en relation avec le système de la figure 1, à la différence que les moyens prévus dans le boîtier 12 sont prévus dans le FADEC. Le 10 FADEC, comportant déjà des moyens de traitement de données, peut comporter des moyens de traitement des données et de commande de la régulation particulièrement avancés. On va maintenant décrire la forme de réalisation particulière, annoncée plus 15 haut, dans laquelle les moyens 12 de réception de données sont compris dans un autre dispositif 12 de type MEMS, remplissant une fonction supplémentaire d'actionneur pour la régulation des instabilités de l'écoulement dans la veine de gaz 11. Ce dispositif 12 comporte à cet effet une micro vanne de décharge, non représentée, permettant de décharger une partie du gaz pour en contrôler l'écoulement dans la 20 veine. Ainsi, le dispositif de type MEMS 12 comporte des moyens de réception de données, symbolisés par la flèche 13, reliés à un microprocesseur commandant la micro vanne de décharge, l'ensemble étant ici agencé à l'intérieur d'une vis, de la même façon que pour le dispositif de type MEMS 3 remplissant la fonction de capture et de transmission de données. Ce dispositif de type MEMS 12 est donc un système 25 MEMS du type actionneur, dont les organes électroniques, reliés aux moyens de réception de données, commandent l'actionnement de moyens mécaniques. Le fonctionnement de cette forme de réalisation va être décrit plus précisément, en relation avec la figure 4, sur laquelle les éléments similaires à ceux des 30 figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes références. De manière très schématique, on a représenté, sur le compresseur 1 de la figure 4, des couronnes d'aubes fixes 2 de la partie statorique du compresseur, mais également des roues d'aubes mobiles 14 s'étendant entre les couronnes d'aubes fixes 2, ces roues d'aubes mobiles 14 étant supportées par l'arbre 15 du compresseur. Notons que seuls deux étages ont été 35 représentés, la partie de la figure en pointillés symbolisant la présence d'éventuels autres étages entre ceux qui ont été représentés.

2905974 14 Le dispositif de type MEMS 12 de réception de données est vissé sur le carter externe 10 du compresseur, en amont du dispositif 3 de capture et de transmission. Ce dernier a pour fonction de détecter les variations de la pression du flux de gaz dans la veine 11 et de transmettre des données au dispositif de réception 12. Le dispositif 3 de 5 capture et de transmission peut, soit émettre des données brutes, c'est-à-dire sans les analyser, soit remplir également une fonction de traitement des données et donc émettre des données qui sont le résultat d'un traitement et d'une analyse ; dans ce dernier cas, ce dispositif 3 ne transmet des données au dispositif de réception 12 qu'en cas d'instabilité détectée et pas en fonctionnement normal ; c'est selon ce mode 10 particulier que fonctionne ici le dispositif 3. Le dispositif de type MEMS 12 remplit une fonction de réception des données et de traitement de ces données pour la commande d'une micro vanne, cette dernière permettant une décharge des gaz à son endroit, ce qui permet de modifier la pression 15 dans la veine 11 et de sortir des conditions d'instabilité. Ainsi, en cas de détection des prémices d'un phénomène d'instabilité aérodynamique, le dispositif de type MEMS 3 envoie un signal de commande à l'autre dispositif de type MEMS 12, pour que celui-ci réceptionne le signal de commande, le traite et commande la micro vanne, afin de réguler l'écoulement du gaz pour prévenir le problème. Les dispositifs de type MEMS 20 3, 12, fonctionnent ainsi par paires. Il est également possible qu'un dispositif de type MEMS 3 commande à une pluralité d'autres dispositifs de type MEMS 12 actionneurs. Bien entendu, le système de régulation peut comporter un ou plusieurs dispositifs de type MEMS 3 pour la capture et la transmission des données, un ou 25 plusieurs dispositifs de type MEMS 12 pour la régulation des instabilités grâce à une micro vanne, sans que les dispositifs 3, 12 de chaque type soient, comme précédemment, directement reliés les uns aux autres. Par exemple, les dispositifs 12 comportant une micro vanne peuvent être commandés par un dispositif 12 de réception de données tel que le FADEC ou le boîtier 12 de la forme de réalisation de la figure 1, 30 qui a reçu des données d'un dispositif de type MEMS 3 de capture et de transmission de données. On peut noter que, pour la mise en oeuvre de l'invention, un seul dispositif de type MEMS 3 est nécessaire pour la capture et la transmission des données.

35 L'encombrement d'un système de type MEMS étant peu important, il est toutefois possible de prévoir une pluralité de tels dispositifs. Ainsi, en cas de défaillance de l'un d'entre eux, les autres peuvent le remplacer. Cela est d'autant plus intéressant si ces 2905974 15 dispositifs 3 sont autoalimentés, car un défaut d'alimentation de l'un d'entre eux n'influe pas sur l'alimentation des autres. Par ailleurs, une pluralité de dispositifs de type MEMS 3 de capture et de 5 transmission peuvent être prévus, de sorte à détecter les variations de pression à différents endroits du compresseur. Ces dispositifs 3 peuvent transmettre des données à un unique moyen 12 de réception de données, qui traite l'ensemble des données. On note que, de préférence, les diverses liaisons par ondes radio mises en 10 oeuvre sont cryptées. Elles utilisent par ailleurs avantageusement une technologie leur permettant d'être préservées du milieu environnant (qui peut notamment comporter des ondes de téléphones portables, de stations de télévision, de stations radio, de l'électricité statique, des interférences magnétiques liées aux orages, des tentatives de piratage ou tout autre type d'interférence). Ces technologies, souvent utilisées dans le 15 domaine militaire, permettent d'éviter toute interaction avec les phénomènes du domaine environnant, tels que ceux évoqués ci-dessus. De préférence encore, les dispositifs 3, 12 de type MEMS utilisés sont de type redondant. La redondance est la qualité qu'a un circuit intégré ou un appareil de 20 continuer à fonctionner normalement, même si certaines de ses parties sont en panne. De nouveau, et comme détaillé plus haut, la comparaison entre les données mesurées et les données de référence peut être faite à l'intérieur du dispositif de type MEMS 3, s'il est équipé d'un logiciel approprié, ou dans le dispositif 12 de réception 25 des données. Il en va de même de l'émission des données de commande pour la régulation du phénomène d'instabilités. Il va de soi que les caractéristiques décrites au sujet des dispositifs de type MEMS pour la capture et la transmission de données (notamment au sujet de 30 l'alimentation) sont applicables aux dispositifs de type MEMS actionneurs, s'il y en a. Les systèmes de détection et de régulation des instabilités de l'invention ont été présentés en relation avec un procédé de détection des prémices d'un phénomène d'instabilité, pour le réguler avant même son apparition. Un tel procédé est préféré, 35 mais il va de soi que les systèmes de l'invention s'appliquent également à la détection des phénomènes déjà apparus.

Claims (24)

Revendications

1- Système de détection d'instabilités de l'écoulement des gaz dans un compresseur (1) de moteur à turbine à gaz, comprenant au moins un moyen (3) de capture et de transmission de données, agencé pour mesurer les variations d'au moins un paramètre de l'écoulement des gaz dans le compresseur (1) et transmettre des données à au moins un moyen (12) de réception de données, caractérisé par le fait que le moyen de capture et de transmission (3) transmet les données au moyen de réception (12) par ondes radio.

2- Système de détection selon la revendication 1, dans lequel le paramètre est la pression du gaz dans le compresseur (1).

3- Système de détection selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le 15 moyen de capture et de transmission (3) est un dispositif du type MEMS (3).

4- Système de détection selon la revendication 3, dans lequel le dispositif du type MEMS (3) est logé dans une vis (4) vissée sur le carter du compresseur (1). 20

5- Système de détection selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le dispositif de type MEMS (3) est autoalimenté.

6- Système de détection selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de type MEMS (3) comporte des moyens (8) d'alimentation, agencés pour transformer 25 l'énergie ambiante du compresseur (1) en énergie électrique.

7- Système de détection selon la revendication 6, dans lequel les moyens d'alimentation (8) comportent une micro turbine, agencé pour utiliser un flux de gaz du moteur à turbine à gaz pour générer de l'électricité et alimenter le dispositif de type 30 MEMS (3).

8- Système de détection selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de type MEMS (3) comporte un moyen unique remplissant une fonction de capture de données et d'alimentation du dispositif.

9- Système de détection selon la revendication 8, dans lequel le moyen unique est une micro membrane ù par exemple de type piézoélectrique ù dont la vibration à 35 2905974 17 une fréquence donnée à détecter génère un courant électrique permettant la transmission de données concernant ladite fréquence.

10- Système de détection selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le 5 moyen de capture et de transmission (3) comporte également des moyens de traitement des données.

11- Système de détection selon la revendication 10, dans lequel les moyens de traitement sont agencés pour envoyer un signal de commande aux moyens de réception 10 (12) pour la régulation des instabilités détectées.

12- Système de régulation d'instabilités de l'écoulement des gaz dans un compresseur (1) de moteur à turbine à gaz, comprenant au moins un système de détection des instabilités, comportant au moins un moyen (3) de capture et de transmission de données, agencé pour mesurer les variations d'au moins un paramètre de l'écoulement des gaz dans le compresseur (1) et transmettre des données à au moins un moyen (12) de réception de données, pour commander au moins un moyen de régulation, caractérisé par le fait que le moyen de capture et de transmission (3) transmet les données au moyen de réception (12) par ondes radio.

13- Système de régulation selon la revendication 12, dans lequel le système de détection des instabilités comporte les caractéristiques du système de détection de l'une des revendications 1 à 9.

14- Système de régulation selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel le moyen de réception (12) comporte un boîtier (12) fixé à proximité du compresseur (1).

15- Système de régulation selon l'une des revendications 12 ou 13, dans 30 lequel le moyen de réception (12) est compris dans le FADEC.

16- Système de régulation selon l'une des revendications 12 à 15, dans lequel le moyen de réception (12) remplit également une fonction de traitement des données, afin d'émettre un signal de commande pour commander le moyen de régulation des 35 instabilités. 2905974 18

17- Système de régulation selon l'une des revendications 12 à 16, dans lequel les moyens de réception de données (12) et les moyens de régulation des instabilités sont compris dans un même dispositif. 5

18- Système de régulation selon la revendication 17, dans lequel le dispositif est un dispositif (12) de type MEMS actionneur.

19- Système de régulation selon la revendication 18, dans lequel le dispositif de type MEMS (12) comporte des moyens mécaniques de régulation des instabilités.

20- Système de régulation selon la revendication 19, dans lequel les moyens mécaniques comprennent une micro vanne de décharge.

21- Système de régulation selon l'une des revendications 19 ou 20, dans 15 lequel les moyens mécaniques sont actionnés par des moyens électroniques du dispositif de réception de données (12).

22- Compresseur de moteur à turbine à gaz, comprenant un système de régulation d'instabilités de l'écoulement des gaz selon l'une des revendications 12 à 21.

23- Moteur à turbine à gaz, comportant un compresseur selon la revendication 22.

24- Utilisation, dans un turboréacteur, de dispositifs (3, 12) de type MEMS 25 pour la régulation d'instabilités de l'écoulement des gaz dans le compresseur, les dispositifs formant moyens de capture et de transmission de données agencés pour mesurer les variations d'au moins un paramètre de l'écoulement des gaz dans le compresseur (1) et transmettre, par ondes radio, des données à au moins un moyen (12) de réception de données. 10 20