FR2980242A1 - Procede de controle d'un injecteur de carburant pour un moteur d'aeronef - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de contrôle d'un injecteur (23) de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion d'un moteur d'aéronef, l'injecteur (23) étant qualifié par une relation entre un débit du carburant et un gradient de pression correspondant à la différence entre la pression du carburant et la pression en aval de l'injecteur, ledit système comportant : - des moyens d'acquisition (41) pour acquérir des débits montants de l'injecteur (23) pour des gradients de pression croissants, - des moyens d'acquisition (41) pour acquérir des débits descendants de l'injecteur (23) pour des gradients de pression décroissants, et - des moyens de traitement (47) pour comparer de manière indépendante les débits montants de l'injecteur à des débits montants de référence et les débits descendants de l'injecteur à des débits descendants de référence selon un critère d'homogénéisation afin de déterminer l'homogénéité de l'injecteur par rapport à un jeu d'injecteurs destiné pour la chambre de combustion.

Description

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE D'UN INJECTEUR DE CARBURANT POUR UN MOTEUR D'AÉRONEF DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de contrôle d'un injecteur de carburant et plus particulièrement, le contrôle d'homogénéité d'un injecteur de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion d'un moteur d'aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La chambre de combustion d'un moteur d'aéronef est équipée d'une pluralité d'injecteurs de carburant disposés de manière annulaire dans le fond de la chambre. L'alimentation de carburant de chaque injecteur est caractérisée par une relation couvrant le domaine de vol et définissant le débit du carburant W en fonction d'un gradient de pression AP correspondant à la différence entre la pression du carburant et la pression dans la chambre en aval de l'injecteur.

Les injecteurs de carburant doivent présenter entre eux une bonne homogénéité circonférentielle ou azimutale de l'injection du carburant afin d'assurer une bonne performance de la chambre de combustion lors des différentes phases de vol.

Actuellement, chaque injecteur est caractérisé lors d'un essai de réception en débit-pression et l'alimentation de chaque injecteur est comparée au débit théorique spécifié ou au débit du jeu moyen qui sera monté sur le moteur.

Ainsi, chaque injecteur est réceptionné en appliquant un gradient de pression APi pour lequel on mesure le débit carburant W. Plus particulièrement, le débit carburant est mesuré dans le sens de débit montant WC (caractérisation montante) et celui de débit descendant Wici (caractérisation descendante) qui, à cause d'un phénomène d° hystérésis, ne se superposent pas nécessairement. Pour chaque gradient de pression APi, la valeur du 10 débit carburant moyen Mir entre les valeurs des débits croissant Wic et décroissant W (c' est-à-dire, (wic wid)/2) est comparée à la valeur de débit de carburant du jeu moyen Wis pour évaluer un écart relatif d'hétérogénéité dWis, de la manière suivante dWis = (wtm wis)/wis 15 L' injecteur est considéré comme acceptable lorsque l'écart relatif d'hétérogénéité dWis est inférieur à des bornes Li, L2 correspondant à l'hétérogénéité maximale admissible explicitées en fonction du gradient de pression APi comme illustré sur 20 la Fig. 8. L'écart relatif d'hétérogénéité dlYi doit être compris entre des limites admissibles qui peuvent varier de 2% à 15%. Cependant, l'hétérogénéité entre les injecteurs tend à croître avec le temps d'utilisation réduisant à 25 long terme la performance et donc la durée de vie de la chambre de combustion. L'objet de la présente invention est de remédier à 1' inconvénient précité en proposant un procédé plus efficace de contrôle d'injecteurs de carburant permettant de limiter les variations entre les injecteurs sans modifier la méthode de caractérisation des essais de réception de ces injecteurs.

EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par un procédé de contrôle d'un injecteur de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion d'un moteur d'aéronef, l'injecteur étant qualifié par une relation entre un débit du carburant et un gradient de pression correspondant à la différence entre la pression du carburant et la pression en aval de l'injecteur, ledit procédé comportant les étapes suivantes - acquérir des débits montants de l'injecteur pour des gradients de pression croissants, acquérir des débits descendants de l'injecteur pour des gradients de pression décroissants, comparer de manière indépendante les débits montants de l'injecteur à des débits montants de référence et les débits descendants de l'injecteur à des débits descendants de référence selon un critère d'homogénéisation afin de déterminer l'homogénéité de l'injecteur par rapport à un jeu d'injecteurs destiné pour la chambre de combustion. Ce procédé permet de réduire les hétérogénéités entre les injecteurs et prolonge leur homogénéité dans le temps. Ceci permet de prolonger la vie de la chambre de combustion.

Les débits montants sont mesurés pour des gradients de pression croissants correspondant à une phase d'allumage et les débits descendants sont mesurés pour des gradients de pression décroissants correspondant à une phase de ralenti. L'étape de comparaison ci-dessus comporte les étapes suivantes : - déterminer une dispersion relative montante en calculant pour chaque gradient de pression un écart relatif montant d'hétérogénéité entre le débit montant et le débit montant de référence correspondant, - déterminer une dispersion relative descendante en calculant pour chaque gradient de pression un écart relatif descendant d'hétérogénéité entre le débit descendant et le débit descendant de référence correspondant, - vérifier si la dispersion relative montante et la dispersion relative descendante satisfont de manière indépendante audit critère d'homogénéisation. L'écart relatif montant d'hétérogénéité est égal 20 au quotient de la différence entre le débit montant et le débit montant de référence par ledit débit montant de référence, et l'écart relatif descendant d'hétérogénéité est égal au quotient de la différence entre le débit descendant et le débit descendant de 25 référence par ledit débit descendant de référence. Avantageusement, ledit critère d'homogénéisation est défini par des limites admissibles é' hétérogénéités. Selon un mode de réalisation de la présente 30 invention, les débits montants de référence et les débits descendants de référence correspondent respectivement à des débits montants et des débits descendants d'une relation de débit-pression théorique. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, les débits montants de référence et les 5 débits descendants de référence correspondent respectivement à des débits montants moyens et des débits descendants moyens dudit jeu d'injecteurs. La présente invention vise également l'utilisation d'un injecteur de carburant contrôlé 10 selon le procédé ci-dessus pour une première monte ou une restructuration d'un moteur d'aéronef. La présente invention vise aussi un moteur d'aéronef comportant au moins un injecteur de carburant contrôlé selon le procédé ci-dessus. 15 La présente invention vise également un système de contrôle d'un injecteur. de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion d'un moteur d'aéronef, l'injecteur étant qualifié par une relation entre un débit du carburant et un gradient de pression 20 correspondant à la différence entre la pression du carburant et la pression en aval de l'injecteur, ledit système comportant - des moyens d'acquisition pour acquérir des débits montants de l'injecteur pour des gradients de 25 pression croissants, - des moyens d'acquisition pour acquérir des débits descendants de l'injecteur pour des gradients de pression décroissants, et - des moyens de traitement pour comparer de manière 30 indépendante les débits montants de l'injecteur à des débits montants de référence et les débits descendants de injecteur à des débits descendants de référence selon un critère d° homogénéisation afin de déterminer l' homogénéité de injecteur par rapport à un jeu d' injecteurs destiné pour la chambre de combustion. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La Fig. 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d' un diffuseur et d' une chambre de combustion 10 - d' un moteur d' aéronef ; La Fig. 2 illustre de façon schématique les circuits de carburant d' un injecteur de carburant ; La Fig. 3 illustre de manière schématique un système de contrôle d' un injecteur de carburant 23 d° un 15 moteur d' aéronef, selon l' invention ; La Fig. 4 est un exemple d' un graphique représentant le débit du carburant en fonction du gradient de pression ; La Fig. 5 illustre des courbes d° écarts relatifs 20 d' hétérogénéité couvrant le domaine de vol pour un injecteur ; La Fig. 6 illustre un exemple d' un procédé de contrôle d' un injecteur de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion d' un moteur 25 d' aéronef, selon l' invention ; et La Fig. 7 illustre une courbe d' écart relatif d° hétérogénéité d' un injecteur, selon 1' invention ; et La Fig. H illustre une courbe d° écart d' hétérogénéité d' un injecteur, selon art antérieur.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le concept à la base de l'invention est d'analyser les caractérisations montante et descendante du débit de manière indépendante.

La Fig. 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un diffuseur et d'une chambre de combustion d'un moteur d'aéronef. La chambre de combustion 1 est agencée en sortie du diffuseur 3, lui-même agencé en sortie d'un compresseur (non représenté). Le diffuseur 3 alimente la chambre de combustion 1 en débit d'air fourni par le compresseur. La chambre de combustion 1 comprend une virole interne 5 et une virole externe 7, reliées en amont par une paroi annulaire 9 de fond de chambre et fixées en aval par des brides interne 11 et externe 13 respectivement sur des voiles tronconiques interne 15 et externe 17 de la chambre de combustion 1. La chambre de combustion 1 est équipée d'une pluralité de dispositifs d'injection d'un mélange air- carburant montés dans la paroi annulaire 9 de fond de chambre. Un seul dispositif d'injection est représenté pour en faciliter la compréhension sachant qu'une chambre de combustion 1 peut en comporter une vingtaine sans que ce nombre soit limitatif.

Un dispositif d'injection comprend en général deux vrilles primaire 19 et secondaire 21 qui sont disposées en aval d'un injecteur 23 de carburant, coaxialement à celui-ci, et qui délivrent chacune des flux d'air radiaux en aval de l'injecteur 23 de carburant afin de réaliser le mélange d'air et de carburant destiné à être injecté puis brûlé dans la chambre de combustion 1. L'écoulement d'air issu de la vrille primaire 19 est accéléré dans un venturi 25 intercalé entre les deux vrilles. La pulvérisation du mélange air-carburant est assurée par des orifices dans un bol mélangeur 27 de forme tronconique monté en aval des vrilles 19, 21. Le bol mélangeur 27 assure le contrôle de la nappe de mélange air-carburant qui entre dans la chambre de combustion 1. On notera que la structure du dispositif d'injection est connue et est décrit en détail par exemple, dans la demande française FR2941288 de la demanderesse. La Fig. 2 illustre de façon schématique les circuits de carburant d'un injecteur de carburant.

L'injecteur de carburant 23 comporte des circuits primaire 31 et secondaire 33 de carburant alimentés par une source d'alimentation 35 en carburant via un clapet d'arrêt 37 qui assure l'étanchéité de l'injecteur 23 à l'arrêt. Les circuits primaire 31 et secondaire 33 sont équipés à leur partie terminale par des atomiseurs primaire 35 et secondaire 37 respectivement pour assurer la pulvérisation du carburant dans la chambre de combustion 1. Pour les petits débits de carburant, la chambre de combustion 1 est alimentée par le circuit primaire 31. En revanche, pour les gros débits, la chambre peut être alimentée à la fois par le circuit primaire 31 et par le circuit secondaire 33 qui lui, est régulé par un clapet doseur 39.

La Fig. 3 illustre de manière schématique un système de contrôle d'un injecteur de carburant 23 d'un moteur d'aéronef, selon l'invention. Ce système comporte des moyens d'acquisition 41 de données, des moyens de stockage 43, des moyens de sortie 45 et des moyens de traitement 47 de l'information pour l'exécution d'un ou de plusieurs programmes d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme, stockés dans les moyens de stockage 43 et conçus pour mettre en oeuvre le système de contrôle de l'injecteur.

L'injecteur 23 est monté dans un banc d'essai 59 de réception d'injecteurs. Des capteurs 53 sont utilisés pour mesurer le débit de carburant en fonction des gradients de pression iP appliquée par des moyens d'application 55 sur l'injecteur 23 afin de relever les caractérisations débit-pression de l'injecteur 23. Ces caractéristiques sont utilisées pour analyser l'homogénéité azimutale de l'alimentation du carburant dans la chambre de combustion 1. En effet, la Fig. 4 est un exemple d'un graphique 20 W=f(AP) représentant le débit du carburant W en fonction du gradient de pression LP. Le débit du carburant W est mesuré en 1/h et le gradient de pression LIP en bars. Chaque point sur la courbe est représenté par le couple (OPi,Wi) où le 25 gradient de pression iPi correspond à la différence entre la pression du carburant et la pression dans la chambre en aval de l'injecteur, et Wi est le débit du carburant correspondant. Le graphique qui peut être affiché sur les moyens de sortie 45 montre que les 30 débits de carburant en phases Pi d'allumage et de ralenti correspondent à des faibles gradients de pression (AP'=2bars à APb-----6bars). En revanche, en phases P2 de croisière et plein gaz, les débits de carburant correspondent à de forts gradients de pression (Al', = 20 bars à 413,1 = 40 bars) . Pour chaque injecteur 23 réceptionné, on applique un gradient de pression LP pour lequel on mesure le débit carburant où j représente le sens de croissance du gradient de pression (j =c pour un APi croissant et 10 j = d pour un APi décroissant) . En effet, un phénomène d'hystérésis peut se manifester dans certaines zones de gradient de pression. Plus particulièrement, le débit carburant n1 est mesuré une fois en augmentant les gradients de pression 15 AM (débit croissant Wf) pour relever la caractérisation montante, et une autre fois en diminuant les gradients de pression APi (débit décroissant W') pour relever la caractérisation descendante. 20 La Fig. 5 illustre des courbes d'écarts relatifs d'hétérogénéité couvrant le domaine de vol pour un injecteur. Les courbes Cl, C2, C3 représentent respectivement les écarts relatifs d'hétérogénéité pour 25 une caractérisation montante, une caractérisation descendante, et la moyenne de ces caractérisations montante et descendante. Ce graphique montre qu'un injecteur 23 peut être dans les spécifications (c'est-à-dire, à l'intérieur des limites Ll, L2 admissibles 30 d'hétérogénéités) en faisant la moyenne des caractérisations montante et descendante, alors que chaque caractérisation prise individuellement est en dehors des spécifications Li, L2. En effet, la moyenne des caractérisations 5 montante et descendante tend à compenser certaines hétérogénéités de la caractérisation montante par d' autres hétérogénéités de la caractérisation descendante et par conséquent, ne fournit pas une analyse très précise sur certains intervalles de 10 gradients de pression. L' inconvénient de 1' analyse à partir de la moyenne des caractérisations montante et descendante est surtout rencontré aux faibles gradients de pression correspondant à de faibles débits d' injection par 15 l'injecteur. Les problèmes à analyser aux faibles charges du moteur correspondent le plus souvent à des extinctions ou des non allumages. Une extinction correspond à une évolution descendante de carburant tandis qu° un allumage correspond à une évolution 20 transitoire montante du carburant. Ainsi, conformément à l' invention, les hétérogénéités des caractérisations montante et descendante sont analysées indépendamment 1' une de 1° autre. 25 La Fig. 6 illustre un exemple d' un procédé de contrôle d' un injecteur de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion d' un moteur d' aéronef, selon 1' invention. A l' étape El, les moyens d' acquisition 41 sont 30 configurés pour acquérir les débits montants Wic de l'injecteur 23 pour des gradients de pression croissants. A l'étape F2, les moyens d'acquisition 41 sont configurés pour acquérir les débits descendants Wid de 5 l'injecteur 23 pour des gradients de pression décroissants. Aux. étapes E3-E5, les moyens de traitement 47 comparent de manière indépendante les débits montants Wic de l'injecteur 23 à des débits montants de référence 10 Wi" et les débits descendants Wid de l'injecteur à des débits descendants de référence selon un critère d'homogénéisation. Cette comparaison permet de déterminer l'homogénéité de l'injecteur 23 par rapport à un jeu d'injecteurs destiné pour la chambre de 15 combustion 1. Plus particulièrement, à l'étape E3, les moyens de traitement 47 déterminent une dispersion relative montante dViIc en calculant pour chaque gradient de pression AM parmi un ensemble déterminé de gradients de 20 pressions AP, un écart relatif montant d'hétérogénéité dWic entre le débit montant Wic et le débit montant de référence Wier correspondant. L'ensemble déterminé de gradients de pressions AP peut couvrir tout le domaine de vol ou seulement certaines phases du vol. En 25 particulier, les débits montants wic sont avantageusement mesurés pour un ensemble de gradients de pression croissants correspondant à une phase d'allumage. L'écart relatif montant d'hétérogénéité dWic peut 30 être calculé comme la différence entre le débit montant Wic et le débit montant de référence M/r divisé par le débit montant de référence w Cr selon la formule suivante : divic ov-'c wicr) /wtcr A l'étape 54, les moyens de traitement 47 5 déterminent une dispersion relative descendante c/Wd en calculant pour chaque gradient de pression APi parmi l'ensemble déterminé de gradients de pressions AP, un écart relatif descendant d'hétérogénéité dWid entre le débit descendant Wid et le débit descendant de 10 référence Me correspondant. Les débits descendants sont avantageusement mesurés pour un ensemble de gradients de pression décroissants correspondant à une phase de ralenti. De même, l'écart relatif descendant 15 d'hétérogénéité dWid peut être calculé comme la différence entre le débit descendant Wid et le débit descendant de référence ne divisé par le débit descendant de référence Widr selon la formule suivante : cl WiC (WC Widr)/Widr Les débits montants de référence Wicr et les débits 20 descendants de référence wiCir correspondent respectivement à des débits montants et des débits descendants d'une relation (ou caractérisation) de débit-pression théorique de spécification. En variante, les débits montants de référence wicr 25 et les débits descendants de référence Ter correspondent respectivement à des débits montants moyens et des débits descendants moyens du jeu d'injecteurs.

A l'étape E5, les moyens de traitement 47 vérifient si la variation ou dispersion relative montante dWc et la dispersion relative descendante dVVd satisfont de manière indépendante le critère d'homogénéisation comme illustré sur la Fig. 7. En particulier, le critère d'homogénéisation peut être défini par des limites admissibles d' hétérogénéités Ll et L2 qui peuvent varier de 2% à 15%.

10 Ainsi, l'injecteur est considéré comme acceptable lorsque l'écart relatif descendant d'hétérogénéité dWid et l'écart relatif montant d'hétérogénéité dWic sont compris à l'intérieur des limites Ll et L2 admissibles d'hétérogénéité maximale.

15 Ce procédé permet de borner chaque caractérisation et ainsi réduire les hystérésis de fonctionnement. Ceci permet de minimiser les problèmes rencontrés en développement lié à l'alimentation des injecteurs.

20 On notera que le procédé de contrôle d'injecteur peut être utilisé pour une première monte ou pour une restructuration (ou retrofit) du moteur d'aéronef.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un injecteur (23) de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion (1) d'un moteur d'aéronef, l'injecteur (23) étant qualifié par une relation entre un débit du carburant et un gradient de pression correspondant à la différence entre la pression du carburant et la pression en aval de l'injecteur (23), caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes - acquérir des débits montants de l'injecteur (23) pour des gradients de pression croissants, - acquérir des débits descendants de l'injecteur (23) pour des gradients de pression décroissants, - comparer de manière indépendante les débits montants de l'injecteur à des débits montants de référence et les débits descendants de l'injecteur à des débits descendants de référence selon un critère d'homogénéisation afin de déterminer l'homogénéité de l'injecteur par rapport à un jeu d'injecteurs destiné pour la chambre de combustion.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les débits montants sont mesurés pour des 25 gradients de pression croissants correspondant à une phase d'allumage et les débits descendants sont mesurés pour des gradients de pression décroissants correspondant à une phase de ralenti.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de comparaison comporte les étapes suivantes : - déterminer une dispersion relative montante en calculant pour chaque gradient de pression un écart relatif montant d'hétérogénéité entre le débit montant et le correspondant, - déterminer une calculant pour débit montant de référence dispersion relative descendante en chaque gradient de pression un écart relatif descendant d'hétérogénéité entre le débit descendant et le débit descendant de référence correspondant, vérifier si la dispersion relative montante et la dispersion relative descendante satisfont de manière indépendante audit critère d'homogénéisation.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'écart relatif montant d'hétérogénéité est égal au quotient de la différence entre le débit montant et le débit montant de référence par ledit débit montant de référence, et en ce que l'écart relatif descendant d'hétérogénéité est égal au quotient de la différence entre le débit descendant et le débit descendant de référence par ledit débit descendant de référence.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit 30 critère d'homogénéisation est défini par des limites admissibles d'hétérogénéités.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les débits montants de référence et les débits descendants de référence correspondent respectivement à des débits montants et des débits descendants d'une relation de débit-pression théorique.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les débits montants de référence et les débits descendants de référence correspondent respectivement à des débits montants moyens et des débits descendants moyens dudit jeu d'injecteurs. 15
8. 8. Utilisation d'un injecteur (23) de carburant contrôlé selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'injecteur (23) de carburant est utilisé pour une première monte 20 ou une restructuration d'un moteur d'aéronef.
9. 9. Moteur d'aéronef comportant au moins un injecteur de carburant (23) contrôlé selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7 25
10. 10. Système de contrôle d'un injecteur (23) de carburant destiné à être monté dans une chambre de combustion (1) d'un moteur d'aéronef, l'injecteur (23) étant qualifié par une relation entre un débit du 30 carburant et un gradient de pression correspondant à la différence entre la pression du carburant et lapression en aval de l'injecteur, caractérisé en ce que ledit système comporte - des moyens d'acquisition (41) pour acquérir des débits montants de l'injecteur (23) pour des gradients de pression croissants, - des moyens d'acquisition (41) pour acquérir des débits descendants de l'injecteur (23) pour des gradients de pression décroissants, et - des moyens de traitement (47) pour comparer de manière indépendante les débits montants de l'injecteur à des débits montants de référence et les débits descendants de l'injecteur à des débits descendants de référence selon un critère d'homogénéisation afin de déterminer l'homogénéité de l'injecteur par rapport à un jeu d'injecteurs destiné pour la chambre de combustion.