FR2911932A1 - Dispositif de commande d'organe a geometrie variable dans un turboreacteur. - Google Patents

Dispositif de commande d'organe a geometrie variable dans un turboreacteur. Download PDF

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Abstract

La présente invention porte sur un dispositif de commande d'organes à géométrie variable dans un turboréacteur comprenant un actionneur (2) desdits organes, un circuit (1) d'alimentation en fluide d'asservissement de l'actionneur avec une première (5A) et une deuxième (5B) portions de circuit soumises à une pression différentielle pour la commande de l'actionneur (2), un conduit (30) de dérivation de l'actionneur reliant la première et la deuxième portions de circuit pour assurer un débit de fuite calibré. L'actionneur est caractérisé par le fait que le conduit de dérivation est fermé par un clapet thermostatique (31).

Description

La présente invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz et
plus particulièrement des turboréacteurs. Elle vise les systèmes hydrauliques de commande d'organes mobiles à positions multiples ou plus généralement à géométrie variable définie en fonction du régime du moteur ou d'autres paramètres moteur ou avion tels que par exemple les paramètres issus du domaine de vol.
Pour commander dans un turboréacteur des organes tels que les aubages statoriques à calage variable d'un compresseur haute pression, la roue io directrice d'entrée d'un compresseur basse pression, les vannes tels que de décharge de compresseur ou encore les volets de tuyère le cas échéant, on utilise généralement des actionneurs de type à vérin hydraulique. Le fluide hydraulique parcourant le circuit de commande des actionneurs est prélevé le plus souvent du circuit d'alimentation de la chambre de combustion en 15 carburant. L'avantage est un gain en poids car il n'est pas nécessaire de ménager un circuit spécifique distinct.
Pour garantir l'intégrité de ces systèmes lorsque survient un feu moteur, on agence le circuit hydraulique de façon à assurer un débit de fluide 20 permanent de dérivation à travers les éléments moteurs de l'actionneur c'est-à-dire entre la conduite mise en pression par la pompe de commande et la conduite de retour reliée à l'entrée de cette dernière. Cette circulation de fluide permet l'évacuation de la chaleur à laquelle le dispositif est soumis par conduction le long des conduites de fluide. 25 Ce principe de refroidissement par circulation du fluide d'asservissement est utilisé aussi sur l'aéronef comme cela est expliqué dans le brevet US 3699847 qui décrit un circuit de commande des surfaces mobiles, ailerons ou autres, où ces dernières sont mises en mouvement par des actionneurs à 30 vérins. Des dérivations sont disposées entre les conduits d'alimentation en fluide sous pression et ceux de retour de fluide de manière à assurer un écoulement permanent par lequel la chaleur est évacuée le long des conduites. 35 Le brevet FR 1517498 décrit une solution similaire pour un circuit de commande des volets de tuyère de turboréacteur où un orifice de décharge permet un écoulement continu et relativement lent du fluide entre les deux chambres du vérin assurant la lubrification de l'arbre commandé et la réduction de la température du fluide contenu dans la conduite quand le 40 dispositif moteur fonctionne dans une ambiance à une température relativement élevée.
Le brevet EP 342863 décrit un système d'actionneur hydraulique pour une application en milieu hostile tel que dans un avion dans lequel l'alimentation en fluide d'asservissement est utilisée pour assurer le fonctionnement et le refroidissement du système. Le système comprend un dispositif à piston à surface différentielle. Un agencement d'étranglement variable est branché entre la canalisation d'entrée et la canalisation de sortie de fluide de manière à assurer deux modes de fonctionnement avec des différences de pression obligeant les pistons à prendre respectivement les positions rétractée et déployée. io Dans le cas présenté plus haut de garantie de l'intégrité pour une certaine durée lors d'un feu moteur et de garantie de l'intégrité en regard de la formation de coke, les débits de fuite installés présentent des inconvénients : 15 Au démarrage et au rallumage en vol la pompe volumétrique d'alimentation en carburant a du mal à fournir le débit nécessaire au circuit d'injection dans la chambre de combustion et à assurer en même temps les débits de fuite installés à demeure. Au démarrage par temps froid, les débits de fuite augmentent les 20 risques de givrage des filtres à cause de l'eau contenue dans le carburant.
La présente invention vise à améliorer le fonctionnement de tels systèmes de commande d'actionneurs d'organes à géométrie variable dans un turboréacteur qui sont alimentés en fluide hydraulique par prélèvement sur 25 le circuit d'alimentation en carburant du moteur. Elle vise en particulier à remédier aux problèmes mentionnés ci-dessus.
Conformément à l'invention le dispositif de commande d'organes à géométrie variable dans un turboréacteur comprenant un actionneur desdits 30 organes, un circuit d'alimentation en fluide d'asservissement de l'actionneur avec une première et une deuxième portions de circuit soumises à une pression différentielle pour la commande de l'actionneur, un conduit de dérivation de l'actionneur reliant la première et la deuxième portions de circuit pour assurer un débit de fuite calibré, est caractérisé par 35 le fait que le conduit de dérivation est fermé par un clapet thermostatique.
Dans le présent texte le terme dérivation comprend également le cas où un orifice est ménagé dans le piston pour mettre en communication les deux espaces délimités par le piston dans le vérin. Un clapet est intégré dans le 40 piston.
Cette même dérivation de débit permanent a pour autre but de refroidir équipement et fluide pour éviter la cokéfaction et la formation de gomme, ce qui serait préjudiciable au bon fonctionnement.
Cette solution présente un intérêt particulier quand le clapet thermostatique est commandé par la température du fluide hydraulique d'asservissement. Ainsi le débit de fuite n'est mis en oeuvre que lorsque la température a atteint un niveau qui le requiert.
io L'invention s'applique, en particulier, avantageusement à un dispositif dont le fluide d'asservissement est du carburant prélevé sur le circuit d'alimentation de la chambre de combustion du turboréacteur. Dans ce cas il suffit de dimensionner au juste nécessaire la pompe de carburant. Le rendement est amélioré. Cela se traduit par un gain en masse et en coût de 15 fonctionnement. On réduit le nombre de pièces et d'équipements dans le circuit du carburant ce qui entraîne une amélioration de sa fiabilité et permet encore un gain de masse et de coût. La solution dans ce cas permet également de n'autoriser un débit de fuite que lorsque l'intégrité de l'équipement est susceptible d'être mise en cause. 20 Compte tenu de la fonction assignée au clapet thermostatique, il peut être réalisé de différentes façons.
L'organe de commande du clapet peut comprendre un matériau susceptible 25 de subir une transformation ou une déformation en fonction de sa température. Il peut s'agir par exemple d'un bilame ou d'un matériau à mémoire de forme.
On décrit maintenant un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en 30 référence au dessin annexé sur lequel la figure représente un circuit d'asservissement d'un actionneur qui commande un organe à géométrie variable d'un turboréacteur.
L'invention est appliquée à un circuit de commande de fluide 35 d'asservissement constitué par du carburant alimentant la chambre de combustion d'un turboréacteur. Le schéma est donné à titre de simple exemple. De nombreux autres agencements équivalents sont possibles. Dans le circuit 1, l'actionneur 2 est un vérin axial avec un cylindre 21 dans lequel un piston 22 peut se déplacer dans un mouvement alternatif de 40 translation. Le piston délimite avec le cylindre deux chambres à volume variable chacune avec un orifice 24, 25 respectivement, communiquant avec une conduite d'alimentation ou d'échappement du fluide selon le déplacement souhaité. Le piston est solidaire d'un axe 23 sur lequel est fixé l'organe à géométrie variable qu'il s'agit de déplacer. L'organe à géométrie variable auquel s'applique l'invention peut être un étage d'aubes de stator à calage variable d'un compresseur haute pression d'un turboréacteur. Il peut s'agir, sans être limitatif, également de vannes de pilotage des circuits de prélèvement moteurs pouvant piloter les jeux radiaux compresseurs et turbine. Le circuit 1 comprend une pompe 3 prélevant par une conduite 3A le fluide hydraulique dans un réservoir 4 et débitant le fluide dans une conduite 3B à io une pression supérieure. Il s'agit par exemple de la pompe à carburant du turboréacteur qui pressurise par ailleurs le carburant pour la chambre à combustion du turboréacteur, ce circuit n'est pas représenté ici. Une servovanne 5 met la conduite 3B en communication sélectivement avec une conduite 5A, 5B ou 4A. La conduite 4A est reliée au réservoir qui recueille 15 le fluide en retour de circuit. Selon une variante la conduite est reliée à l'entrée de la pompe. La conduite 5A est reliée à l'orifice 25 communiquant avec l'une des chambres à volume variable de l'actionneur et constitue la première portion de circuit rapportée plus haut. La conduite 5B est reliée à l'orifice 24 communiquant avec l'autre chambre à volume 20 variable de l'actionneur et constitue la deuxième portion de circuit rapportée plus haut. La servo-vanne 5 est mise en position par un organe électro-hydraulique de commande 5C qui reçoit le signal de commande depuis le calculateur 7 qui gère le moteur, Fadec ou Ecu.
25 L'invention porte sur la portion de circuit constituant la dérivation 30 du piston et mettant en communication les deux chambres à volume variable de l'actionneur. Selon l'art antérieur la dérivation 30 comprend un étranglement fixe calibré qui autorise un débit de fuite continu. Maintenant, on ferme cette portion de circuit avec un clapet thermostatique dont 30 l'ouverture est commandée par la température du fluide dans lequel son organe de commande baigne. Comme cela l'a été mentionné plus le clapet peut être installé directement dans le piston.
En fonctionnement en régime de croisière, le clapet est fermé et aucun 35 débit de fuite ne passe d'une chambre à l'autre de l'actionneur. Lorsque la température du fluide atteint un seuil correspondant au besoin de refroidissement, cokéfaction, feu.. le clapet thermostatique s'ouvre assurant le débit de fuite requis.

Claims (8)

Revendications
1. Dispositif de commande d'organes à géométrie variable dans un moteur à turbine à gaz comprenant un actionneur (2) desdits organes, un circuit (1) d'alimentation en fluide d'asservissement de l'actionneur avec une première (5A) et une deuxième (5B) portions de circuit soumises à une pression différentielle pour la commande de l'actionneur (2), un conduit (30) de dérivation de l'actionneur reliant la première et la deuxième portions de circuit pour assurer un Io débit de fuite calibré, caractérisé par le fait que le conduit de dérivation est fermé par un clapet thermostatique (31).
2. Dispositif selon la revendication précédente dont l'actionneur comprend un piston, le conduit de dérivation étant ménagé dans le 15 piston.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dont le clapet thermostatique (31) est commandé par la température du fluide hydraulique d'asservissement.
4. Dispositif selon la revendication précédente dont l'organe de commande du clapet (31) comprend un matériau susceptible de subir une transformation ou une déformation en fonction de sa température. 25
5. Dispositif selon la revendication précédente dont le matériau est un bilame.
6. Dispositif selon la revendication 4 dont l'organe de commande du 30 clapet (31) est à mémoire de forme.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dont le fluide d'asservissement est du carburant prélevé sur le circuit d'alimentation en carburant de la chambre de combustion du moteur 35 à turbine à gaz.
8. Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande d'organes à géométrie variable selon l'une des revendications 1 à 7 20 40
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