FR2962213A1 - Systeme de dosage de debit massique pour applications d'avion - Google Patents

Abstract

A method of calculating fuel flow across an aircraft flight cycle includes the steps of providing a flow meter (34), and an alternative system (26) for measuring fuel flow. The flow meter is used to calculate fuel flow over a portion of a flight cycle of an aircraft equipped with the system. Fuel flow is calculated with the alternative measurement system at least during maximum power flow portions of the flight cycle. A system is configured for performing this method. A method of calculating mass flow across a fuel metering unit uses fuel flow volume measurements and information about the fuel to reach a mass flow measurement.

Description

SYSTEME DE DOSAGE DE DEBIT MASSIQUE POUR APPLICATIONS D'AVION

Contexte de l'invention La présente demande concerne un procédé hybride pour surveiller le débit de combustible pour un moteur d'avion. Les avions sont typiquement dotés d'un moteur de turbine à gaz qui a une large plage de besoins de puissance sur un cycle de vol. A titre d'exemple, un avion circule typiquement au ralenti sur la piste ou le tarmac pendant une certaine période de temps à faible puissance, et avec une faible combustion de combustible. Au décollage, il y a une demande de débit de puissance plus importante, et donc une combustion de combustible plus importante. D'autre part, la majeure partie du fonctionnement de l'avion a lieu après le décollage, et à un niveau de débit de puissance et de combustible nettement inférieur au débit de puissance maximum pour le décollage. A titre d'exemple, ceci peut représenter de 20 à 40 % du niveau de débit de puissance maximum à un niveau de débit de croisière.

Les avions modernes sont dotés de commandes informatiques très précises et d'un équipement de diagnostic. Une identification précise de la combustion de combustible sur le cycle de vol est importante afin d'être utilisée par n'importe quel nombre de commandes. A ce jour, on sait utiliser un débitmètre qui mesure le débit de combustible. Etant donné que le débit de puissance maximum est nettement plus élevé que le débit de croisière, le débitmètre doit être relativement important pour traiter le débit maximum, même si ce débit

maximum a lieu uniquement sur une très petite partie du cycle de vol global. Les éléments compteurs de combustible sont également connus et reçoivent les commandes électriques pour contrôler précisément la quantité de combustible passant par le moteur de turbine à gaz. Les éléments compteurs de combustible n'ont typiquement été utilisés que pour fournir le dosage sur un orifice, et par un différentiel de pression établi. En plus des éléments compteurs de combustible utilisant un orifice contrôlé, on connaît d'autres types de système de comptage, comprenant ceux qui utilisent des pistons à vitesse variable, des engrenages ou des pales et des systèmes à déplacement variable.

Résumé Un procédé pour calculer le débit de combustible sur un cycle de vol d'avion comprend les étapes consistant à prévoir un débitmètre et un système de mesure alternatif pour mesurer le débit de combustible. Le débitmètre est utilisé pour calculer le débit de combustible sur une partie d'un cycle d'un vol d'un avion équipé du système. Le débit de combustible est calculé avec le système de mesure alternatif au moins pendant les parties de débit de puissance maximum du cycle de vol. Un système est également décrit et revendiqué. Un procédé pour calculer l'utilisation du combustible en utilisant un élément compteur dosage de combustible est également décrit. On propose un procédé pour calculer l'utilisation du combustible sur un cycle de vol d'avion, comprenant les étapes consistant à : a) doser un volume de combustible sur un élément compteur de combustible ; b) mesurer un volume de débit de combustible sur l'élément compteur de combustible ; c) utiliser ladite information de volume de débit de combustible mesuré, en combinaison avec une information sur un combustible pour changer l'information de volume de débit de combustible en information de débit massique ; et d) déterminer une utilisation de combustible totale sur un cycle 35 de vol en utilisant au moins ladite information de débit massique. De manière avantageuse, l'élément compteur de combustible permet de mettre en oeuvre un procédé pour mesurer le volume de débit

de combustible qui comprend l'étape consistant à prévoir une chute de pression sur un orifice et l'étape consistant à utiliser ladite chute de pression pour déterminer ledit volume de débit de combustible. De manière avantageuse, le volume de débit de combustible est comparé à une quantité de débit massique mesurée par un débitmètre de masse et l'information concernant le combustible est identifiée à partir de cette comparaison, l'information concernant le combustible étant alors utilisée pour les futures lectures de volume de débit de combustible pour atteindre ladite information de débit massique.

Ces caractéristiques de la présente invention, ainsi que les autres, pourront être mieux comprises d'après la description suivante et les dessins, dont la partie suivante est une brève description.

Brève description des dessins La figure 1 représente schématiquement un système de combustible d'avion. La figure 2 est un organigramme schématique de la présente demande. La figure 3 représente des exemples d'effets du procédé proposé. 20 Description détaillée La figure 1 illustre un système de combustible d'avion 20 pour délivrer du combustible à un moteur de turbine à gaz 22 d'avion. Le combustible est délivré à partir d'un réservoir de combustible 24, par 25 l'intermédiaire d'un élément de comptage de débit 26 (FMU) de l'anglais « Flow Metering Unit ». Une pompe à engrenages 28 conduit le combustible à travers un orifice 30. Une chute de pression déterminée est fournie par l'élément 32, telle que mesurée sur l'orifice 30. En déterminant la chute de pression, facultativement en mesurant la chute 30 de pression, on peut réaliser une prévision de la masse de combustible qui s'écoule à travers l'orifice 30. Les mesures de dosage d'orifice sont délivrées à un contrôleur 40 de moteur. Les données d'avion 42 sont également fournies au contrôleur 40. Les calculs et l'utilisation de l'information de débit de fluide par le contrôleur 40 du moteur sont tels 35 que ceux connus dans l'art. Le contrôleur de moteur 40 peut comprendre un ou plusieurs microcontrôleurs, une mémoire, des interfaces d'entrée/sortie, et/ou des circuits supplémentaires

configurés pour s'interfacer avec la FMU 26 et d'autres composants du moteur à turbine à gaz 22 d'avion. Les FMU ont typiquement été utilisées pour doser simplement la quantité de combustibles se déplaçant en aval. Cependant, comme cela sera décrit de manière plus détaillée ici, les FMU peuvent également être utilisées pour mesurer le débit massique. En fait, l'élément de comptage du débit 26 mesure le débit volumique, comme cela est connu. Cette information de débit volumique est utilisée en combinaison avec une information de combustible connue, telle que la température du combustible et le type du combustible, et au niveau du contrôleur 40 pour identifier une densité. C'est-à-dire, que le contrôleur 40 peut être prévu avec des tables de conversion, etc., et une manière d'identifier ou de mesurer la température du combustible et le type de combustible. Le type de combustible dans un avion et l'information de densité de combustible peuvent être mémorisés dans les données d'avion 42 et fournis au contrôleur 40. L'information de température de combustible peut être utilisée pour expliquer les ajustements de volume en fonction de la température. Les tables de conversion peuvent alors être consultées pour identifier une densité de combustible. Une fois que la densité de combustible est connue, elle peut être utilisée en combinaison avec l'information de débit volumique pour atteindre une quantité de débit massique. Un débitmètre de masse 34 peut également être utilisé conjointement avec la FMU 26, comme cela sera décrit ci-dessous. Le débitmètre de masse 34 fournit une mesure de débit massique qui peut être comparée à la mesure de débit volumique de la FMU 26, par exemple, comme pendant une période d'état stable lors de l'utilisation du combustible. La densité peut alors être identifiée à partir de ces deux quantités. Une fois que la densité du combustible est connue, alors l'information peut être utilisée en combinaison avec les futures mesures de débit volumique de combustible pour connaître le débit massique sur la FMU 26. Les procédés ci-dessus pour utiliser une FMU pour atteindre une quantité de débits massiques peuvent être utilisés avec n'importe quel nombre de types de FMU, et pas simplement l'orifice 30, comme décrit ci-dessus. Egalement, on peut utiliser d'autres manières pour transformer une mesure volumique en mesure de débit massique.

Typiquement, le calcul de l'utilisation totale du combustible pendant un cycle de vol est fourni en faisant passer l'écoulement par le débitmètre de masse 34, ensuite par une soupape d'arrêt 38 jusqu'au moteur 22. Le débitmètre de masse 34 est dimensionné de sorte qu'il peut traiter toute la plage de puissances sur un cycle de vol. Etant donné que la plage de puissances a des points relativement hauts pendant un cycle de vol, le débitmètre de masse 34 dans l'art antérieur, était excessivement grand. De plus, étant donné qu'il était grand, il n'était pas aussi précis qu'il l'aurait dû pendant la majeure partie du cycle de vol, qui se produit dans des conditions de croisière. En utilisant un procédé hybride de mesures de débit avec une mesure de débitmètre, et un système de mesure alternatif telle que l'unité de mesure de débit 26, ou une autre mesure appropriée, la taille du débitmètre de masse 34 peut être réduite et la précision de la détermination du débit peut être augmentée. Comme représenté sur la figure 2, un organigramme de la présente demande comprend une étape initiale (étape 100) consistant à utiliser l'information de FMU à une faible puissance de démarrage. En outre, pendant un cycle de vol normal, le débit de puissance et le débit de combustible augmentent considérablement au décollage ou à la montée. Pendant cet intervalle, l'information de FMU est utilisée. Au débit maximum du décollage, une soupape de dérivation 36 de la figure 1 peut être complètement ou partiellement ouverte pour contourner entièrement le débitmètre de masse 34. Ceci peut se produire pendant toute cette étape initiale (étape 100). D'autre part, la soupape de dérivation 36 peut être conçue pour être entièrement fermée de sorte que l'information du débitmètre de masse 34 est utilisée par le contrôleur 40 à la plage de puissances inférieure. Ensuite, le contrôleur 40 peut passer à la FMU 26 à la plage de puissance supérieure, telle que pendant le décollage. La soupape de dérivation 36 peut simplement être une soupape à ressort à décharge de pression qui s'ouvre lorsque la pression s'accumule sur la conduite conduisant dans la soupape de dérivation 36. Après le décollage (étape 102), le contrôleur 40 est commuté en utilisant le débitmètre de masse 34. Si la soupape de dérivation 36 a été préalablement ouverte, elle est fermée. Le débitmètre de masse 34 est utilisé pour tout le temps de la croisière, et peut également être utilisé

lors de la descente. Cependant, lorsque l'utilisation de combustible diminue (étape 104), le contrôleur 40 peut à nouveau passer à l'utilisation de la FMU 26, comme pour se déplacer au sol pour revenir vers un terminal.

L'utilisation totale de combustible peut alors être calculée par le contrôleur 40 (étape 106). Comme représenté sur la figure 3, une utilisation de débitmètre de masse de l'art antérieur est identifiée par la ligne PA1. A la vitesse de croisière, il est relativement précis, cependant son imprécision augmente à un débit de puissance supérieur. On assiste à des compensations avec l'augmentation de la précision à un débit de puissance supérieur qui pourrait réduire la précision à la vitesse de croisière. La ligne PA2 représente la précision de l'art antérieur si la FMU 26 de la figure 1 en dépend complètement. Comme représenté, la FMU 26 n'est pas aussi précise que ce que l'on souhaite, et donc le débitmètre de masse 34 a typiquement été utilisé au lieu de la FMU 26 sur tout le cycle de vol. Le procédé hybride, tel que précédemment décrit, est représenté par la ligne Hy. Comme on peut le voir, le procédé hybride est très précis pendant la partie identifiée par l'ovale, qui est le ralenti/la croisière/la descente. En fait, étant donné que le débitmètre de masse 34 peut être dimensionné pour la quantité particulière de combustible délivrée pendant cet intervalle de temps, la précision de la partie de débitmètre de Hy est augmentée par rapport à la précision du débitmètre de masse PA1 pendant la même période de temps. Ceci est vrai étant donné que le débitmètre de masse 34 peut être dimensionné de manière plus appropriée pour la plage de fonctionnements particulière, par rapport à l'art antérieur qui doit pouvoir fonctionner sur toute la plage de puissances. Ainsi, non seulement on peut utiliser un débitmètre plus petit, mais on peut obtenir des résultats plus précis. Etant donné que la précision est augmentée sur la majeure partie du vol, les résultats globaux sont nettement plus précis que l'art antérieur. De plus, alors qu'un débitmètre de masse a été décrit, on peut utiliser d'autres types de débitmètre. Dans un cycle de vol typique illustré sur la figure 3, le temps passé dans la plage D-E-F est la majeure partie du temps de

fonctionnement. Le débit de puissance maximum G-H est uniquement une quantité de temps minime, étant donné qu'il s'agit de la plage d'allumages ou de la plage de faibles puissances A-B-C. Les plages de transitions C-D et F-G peuvent être établies en tant que plages de commutations où le contrôleur 40 effectue une transition de l'utilisation de la FMU 26 pour les calculs de débit à l'utilisation du débitmètre de masse 34 et revient à la FMU 26. Les valeurs pour les points de commutation pour les plages de transitions C-D et F-G peuvent être fournies via les données d'avion 42.

Il faut comprendre que la figure 3 n'est pas orientée de manière chronologique, mais représente plutôt la quantité de puissance utilisée par rapport à l'imprécision résultante des mesures. En fait, la période de temps à la vitesse de la croisière est la majeure partie du temps pour n'importe quel cycle de vol typique.

Le procédé comprend l'utilisation du débitmètre de masse 34 de la figure 1 uniquement sur une plage limitée de l'utilisation de combustible, mais sur la quantité maximum du temps de vol. Le terme « croisière » est bien défini dans l'industrie aéronautique, et l'homme du métier reconnaîtra ce que l'on entend par croisière. Le débitmètre de masse 34 est utilisé pendant au moins la majeure partie du fonctionnement à la vitesse de croisière, mais sinon la FMU 26 est utilisée. La vitesse de croisière peut être définie comme étant le pourcentage du débit de combustible maximum de l'ordre de 20 - 40 % ; cependant cette plage est uniquement un exemple. En d'autres termes, la partie de croisière est un certain composant de 20 - 40 % du débit de combustible maximum. L'utilisation du débitmètre de masse 34 dans le procédé décrit se produit à au moins une certaine partie de cette plage. Ainsi, la FMU 26 peut être utilisée en tant que système alternatif et procédé pour mesurer le débit de combustible conjointement avec le débitmètre de masse 34. De plus, le contrôleur 40 peut utiliser les données de débitmètre pour rendre la fonction de dosage massique de la FMU 26 plus précise. Le logiciel à l'intérieur du contrôleur 40 peut calibrer la FMU 26 dans la plage de croisière/état stable de sorte que l'on peut gagner davantage de précision rendant ainsi les lectures de débit massique de la FMU plus précises sur toute sa plage. Ceci peut améliorer la précision avec le

temps, de sorte que le prochain cycle de vol est même mesuré plus précisément. De plus, la soupape de dérivation 36 peut ou peut ne pas être utilisée lorsque l'information de débitmètre massique n'est pas utilisée.

C'est-à-dire que le débitmètre massique 34 peut être dérivé ou pas, et le procédé simplement dirigé vers les deux pièces d'information qui sont utilisées par le contrôleur 40 du moteur pour calculer le débit de combustible total. Bien qu'un mode de réalisation de la présente invention a été décrit, l'homme du métier reconnaîtra que certaines modifications peuvent se trouver dans la portée de la présente invention. Pour cette raison, les revendications suivantes doivent être étudiées pour déterminer la véritable portée et le véritable contenu de la présente invention.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour calculer l'utilisation de combustible sur un cycle de vol d'avion comprenant les étapes consistant à : (a) prévoir un débitmètre (34) et un système alternatif (26) pour mesurer le débit de combustible (b) utiliser ledit débitmètre pour déterminer le débit de combustible jusqu'à un moteur de turbine à gaz (22), et envoyer l'information provenant dudit débitmètre à un contrôleur (40) au moins sur une partie d'un cycle de vol d'un avion en tant que partie de débitmètre ; et (c) déterminer le débit de combustible avec ledit système alternatif, et utiliser l'information provenant dudit système alternatif au niveau dudit contrôleur au moins pendant les parties de puissance maximum du cycle de vol, en combinaison avec ladite information provenant de l'étape (b) pour déterminer une utilisation totale de combustible pendant le cycle de vol.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit système alternatif (26) est également utilisé pendant les parties de faible 20 puissance du cycle de vol.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite partie de débitmètre est au moins une partie d'une plage de 20 - 40 % de la puissance maximum.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, dans lequel ledit débitmètre (34) est placé en dérivation pendant au moins les parties de puissance maximum du cycle de vol.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit système alternatif (26) pour mesurer le débit de combustible mesure initialement un volume de débit de 30 combustible, ce volume est ensuite comparé à l'information provenant dudit débitmètre (34), et une information concernant le combustible est ensuite identifiée et utilisée en combinaison avec la prochaine mesure de volume de débit de combustible comme étant ladite information provenant dudit système alternatif. 35
6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite informatique concernant le combustible comprend la température de combustible, le type de combustible et la densité et en outre dans lequellesdites mesures de volume de débit de combustible sont compensées pour ladite température de combustible afin de déterminer le débit massique en fonction dudit type de combustible et de ladite densité.
7. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le volume de débit de combustible est comparé à une quantité de débit massique mesurée par le débitmètre (34), et la quantité de débit massique mesurée par le débitmètre est utilisée pour calibrer au moins l'une parmi l'information de volume de débit de combustible et l'information de débit massique.
8. 8. Système (20) pour surveiller l'utilisation de combustible totale sur un avion, comprenant : un débitmètre (34), et un système alternatif (26) pour mesurer le débit de combustible ; ledit débitmètre étant agencé pour déterminer le débit de combustible jusqu'à un moteur de turbine à gaz (22), et pour envoyer l'information à un contrôleur (40) au moins sur une partie d'un cycle de vol d'un avion en tant que partie de débitmètre ; ledit système alternatif étant agencé pour envoyer l'information audit contrôleur au moins pendant les parties de débit de puissance 20 maximum du cycle de vol ; et ledit contrôleur étant agencé pour déterminer une utilisation de combustible totale pendant le cycle de vol en utilisant l'information provenant à la fois dudit débitmètre et dudit système alternatif.
9. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel ledit système 25 alternatif (26) est un dispositif utilisant un orifice et un différentiel de pression sur l'orifice afin de calculer le débit de combustible.
10. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, dans lequel ledit débitmètre (34) est un débitmètre de masse et ledit système alternatif (26) pour mesurer le débit de combustible est une 30 unité de dosage de combustible.