FR2953563A1

FR2953563A1 - Installation d'alimentation en carburant d'un turboreacteur d'avion

Info

Publication number: FR2953563A1
Application number: FR0958701A
Authority: FR
Inventors: Pascal Leblanc; Jose Roland Rodrigues
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-10
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: US8418964B2; FR2953563B1; US20110243772A1

Abstract

Optimisation des composants d'une installation d'alimentation en carburant d'un turboréacteur. L'installation comporte deux pompes volumétriques pour conjuguer leurs débits, une pompe principale (14) dimensionnée pour le régime plein gaz et une pompe auxiliaire (16) commandée et dimensionnée pour fournir le débit supplémentaire nécessaire à l'allumage.

Description

L'invention se rapporte à une installation d'alimentation en carburant d'un turboréacteur d'avion et concerne plus particulièrement un perfectionnement permettant d'optimiser les composants, notamment en poids et en encombrement, tout en réduisant les pertes mécaniques et thermiques résultant de la recirculation du carburant en excès aux différents régimes de fonctionnement du turboréacteur. Dans un turboréacteur d'avion, la pompe principale haute pression délivrant le carburant à la chambre de combustion est du type volumétrique, par exemple une pompe à engrenage. Ce type de pompe a une caractéristique de débit linéaire en fonction de la vitesse à laquelle elle est entraînée. La pompe est traditionnellement dimensionnée pour que ladite caractéristique de débit puisse satisfaire tous les régimes de fonctionnement. Le point crucial est le débit nécessaire à l'allumage. Ce point dimensionnant détermine donc une caractéristique linéaire de pente donnée relativement élevée en sorte que la courbe représentative du débit de carburant en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur se trouve en tout point en deça de la droite passant par ce point dimensionnant. Il en résulte que la pompe doit pouvoir assurer un débit relativement important (la pompe est donc plus lourde et plus encombrante que nécessaire) et qu'il est impératif de recycler en permanence une quantité importante de carburant, à tout régime de fonctionnement du turboréacteur. Il en résulte un prélèvement de puissance mécanique excessif sur le boîtier d'engrenage du turboréacteur et des pertes thermiques dues à la recirculation du carburant en excès. Le brevet US 5 110 269 décrit un système utilisant une pompe double, entrainée mécaniquement. Selon le régime de fonctionnement du moteur, le débit de l'un des étages de la pompe double peut être dévié et recyclé. Cette solution ne permet pas l'optimisation recherchée.

L'invention concerne une installation d'alimentation en carburant d'un turboréacteur d'avion comportant deux pompes volumétriques connectées pour conjuguer leurs débits, caractérisée en ce que ces pompes sont : - une pompe principale entraînée mécaniquement et 35 dimensionnée en fonction des besoins en carburant dudit turboréacteur en régime de plein gaz, et - une pompe auxiliaire commandée, dimensionnée en fonction des besoins en carburant dudit turboréacteur à l'allumage, compte tenu du débit assuré à ce régime par ladite pompe principale, et en ce que ladite pompe auxiliaire est entraînée de façon sélective, notamment à l'allumage. Très préférentiellement, l'installation comporte un moteur électrique spécifique commandé, entraînant ladite pompe auxiliaire. Par conséquent, le débit de cette pompe auxiliaire est constamment ajustable en commandant la vitesse de rotation du moteur électrique, pour suppléer toute éventuelle insuffisance de débit de la pompe principale, entraînée par le turboréacteur, à n'importe quel régime du fonctionnement de celui-ci. Ainsi, la mise en service, sous le contrôle d'un calculateur de bord, de ce moteur électrique, permet de façon simple de renforcer le débit global de carburant, notamment à l'allumage, en augmentant de la quantité requise le débit de carburant délivré par la pompe principale. Passée la phase d'allumage, la pompe auxiliaire est mise hors service, en arrêtant le moteur électrique et le débit est assuré par la seule pompe principale dont le point dimensionnant correspond au régime plein gaz du turboréacteur. Selon un mode de réalisation possible, les pompes principale et auxiliaire sont connectées en parallèle. Avantageusement, les deux pompes sont connectées à la sortie d'une pompe de gavage typiquement du type centrifuge. Selon un mode de réalisation, les sorties desdites pompes sont reliées à un régulateur piloté par le calculateur pour rediriger une partie en excès du débit global de carburant vers un réservoir de carburant, en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur. La pompe de gavage prélève le carburant dans ce réservoir pour alimenter lesdites pompes principale et auxiliaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle- ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un graphe illustrant des caractéristiques de débit de pompe en fonction du régime d'un turboréacteur, pour deux points dimensionnants choisis, ainsi que la courbe de fonctionnement du turboréacteur lui-même ; - la figure 2 est un agrandissement de l'encadré II du graphe de la figure 1; et - la figure 3 est un schéma de l'installation d'alimentation conforme à l'invention.

Sur les figures 1 et 2, la droite A représente une caractéristique linéaire d'une pompe volumétrique dont le point dimensionnant P1 correspond à l'allumage du turboréacteur. La vitesse d'entraînement de la pompe est portée en abscisse et le débit est porté en ordonnée. La droite B représente une caractéristique d'une pompe volumétrique, de même nature mais de débit plus faible dont le point dimensionnant P2 correspond au régime de plein gaz du turboréacteur. La courbe C représente quant à elle la caractéristique de consommation du turboréacteur à tous les régimes de fonctionnement. On constate que le point critique P1 correspond précisément à l'allumage du turboréacteur, car la pompe est entraînée à une vitesse relativement faible et ne peut fournir le débit requis que si elle est dimensionnée largement selon la caractéristique A. Dans ces conditions, on voit qu'au régime de plein gaz (point P2) du turboréacteur, le débit de la pompe est d'environ 30 % supérieur à ce qui est strictement nécessaire pour assurer l'alimentation correcte du turboréacteur. On doit donc assurer le retour du carburant en excès vers le réservoir. Il est donc souhaitable de disposer d'une pompe, dénommée ci-après "pompe principale" selon la caractéristique B pour laquelle elle est strictement dimensionnée (en fait avec une marge de sécurité) en fonction des besoins en carburant du turboréacteur en régime de plein gaz. En procédant de la sorte, on économise de l'énergie en réduisant la quantité de carburant retournée au réservoir, à tout régime de fonctionnement. En revanche, comme le montre la figure 2, la pompe principale ainsi dimensionnée est incapable d'assurer à elle seule le débit nécessaire pour l'allumage. La zone grisée sur la figure 2 représente le débit à compléter pour les faibles vitesses de rotation du turboréacteur. La figure 3 illustre un mode de réalisation de l'invention. Le carburant est stocké dans un réservoir 11 et prélevé par une pompe de gavage 12 de type centrifuge qui alimente deux pompes volumétriques, à engrenage, dont les circuits hydrauliques sont en parallèle. On distingue une pompe principale 14 entraînée mécaniquement par le boîtier d'engrenage du turboréacteur et une pompe auxiliaire 16 entraînée par un moteur électrique 18. Le moteur électrique est piloté par le calculateur 20 gérant l'admission de carburant dans la chambre de combustion (calculateur communément appelé FADEC, dans la technique). Les sorties des deux pompes sont reliées à l'entrée d'un régulateur 22 lui-même piloté par le calculateur 20. Une sortie du régulateur est connectée au circuit d'injection 25 de la chambre de combustion et une autre sortie pilote des servo-valves et actionneurs 26 pour l'actionnement de dispositifs divers nécessaires à la commande du turboréacteur, par exemple, pour piloter les vérins des systèmes de commande d'aubes fixes à calage variable. Le carburant en excès par rapport aux besoins est réinjecté, sous la commande du régulateur 22, via une liaison fluidique 27 au réservoir 11.

La pompe principale 14 est dimensionnée en fonction des besoins en carburant du turbo-réacteur en régime de plein gaz. Autrement dit son point dimensionnant est le point P2 et sa caractéristique est la droite OP2. La pompe auxiliaire 16 est dimensionnée et pilotée pour que son débit, additionné à celui de la pompe principale "suive" la droite OP1, ou présente une pente au moins égale jusqu'au point P1 et "suive" la courbe C jusqu'au point P3. Le fonctionnement découle avec évidence de la description qui précède. Au moment de l'allumage, les deux pompes 14, 16 sont entraînées en rotation, l'une par le boîtier d'engrenage du turboréacteur et l'autre par le moteur électrique. Il en résulte que le débit à l'entrée du régulateur suit sensiblement la caractéristique A aux faibles vitesses d'entraînement par le démarreur, jusqu'au point d'allumage P1 et au-delà, jusqu'au point P3 où la contribution de la pompe auxiliaire 16 devient inutile. A partir de ce régime, le calculateur commande l'arrêt du moteur électrique 18 et de la pompe auxiliaire 16 en sorte que le débit à l'entrée du régulateur 22 ne dépend plus que de la caractéristique linéaire B de la pompe principale. Au-delà du point P3, le débit continue à progresser en fonction du régime du moteur en suivant la courbe OP2. Au régime de fonctionnement plein gaz (P2), le débit de la pompe 14 est en principe suffisant pour assurer l'alimentation du turboréacteur et le volume de carburant réacheminé au réservoir est très faible. Il est à noter qu'en cas de besoin, la pompe auxiliaire 16 peut immédiatement être remise en service, sous la commande du calculateur pour faire face à une demande accrue de carburant. C'est notamment le cas lors d'un redémarrage du turboréacteur, en vol.

Claims

REVENDICATIONS1. Installation d'alimentation en carburant d'un turboréacteur d'avion comportant deux pompes volumétriques connectées pour conjuguer leurs débits, caractérisée en ce que ces pompes sont : - une pompe principale (14) entraînée mécaniquement et dimensionnée en fonction des besoins en carburant dudit turboréacteur en régime de plein gaz, et - une pompe auxiliaire (16) commandée, dimensionnée en fonction des besoins en carburant dudit turboréacteur à l'allumage, compte tenu du débit assuré à ce régime par ladite pompe principale, et en ce que ladite pompe auxiliaire est entraînée de façon sélective, notamment à l'allumage.
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce 15 qu'elle comporte un moteur électrique (18) spécifique, commandé, entraînant ladite pompe auxiliaire.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdites pompes principale (14) et auxiliaire (16) sont connectées en parallèle. 20
4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les entrées des deux pompes sont connectées à la sortie d'une pompe de gavage (12).
5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite pompe de gavage est du type centrifuge. 25
6. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les sorties desdites pompes sont reliées à un régulateur (22) piloté pour rediriger une partie en excès du débit global de carburant vers un réservoir de carburant (11), en fonction du régime de fonctionnement du turboréacteur. 30