FR2997454A1 - Procede et systeme de detection d'allumage - Google Patents

Abstract

L'invention concerne le domaine des moteurs à réaction, et plus particulièrement un procédé de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans une chambre de combustion (5) d'un moteur à réaction (1). Ce procédé comprend les étapes suivantes : prévision du début (t_all_debut) d'une plage temporelle d'allumage en fonction d'un ensemble de conditions initiales ; mesure d'un premier paramètre physique (PRGC) dans la chambre de combustion ; calcul d'une première variable de référence (PRGC_f_der) en fonction d'un signal correspondant audit premier paramètre physique (PRGC) ; et détermination de l'allumage quand ladite première variable de référence (PRGC_f_der) atteint un seuil (PRGC_f_der_seuil) prédéterminé après le début prévu (t_all_debut) de la plage temporelle d'allumage. L'invention concerne aussi un système susceptible de mettre en œuvre ce procédé.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine de la propulsion à réaction et en particulier celui des moteurs-fusées.

Typiquement, un moteur à réaction génère une poussée grâce à la détente et accélération, dans une tuyère, de gaz de combustion issus de la combustion d'un mélange d'ergols dans une chambre de combustion. Dans ce domaine, il est très important, notamment pour des raisons de sécurité, mais aussi pour assurer un guidage correct de l'engin propulsé, de déterminer l'instant d'allumage de la chambre de combustion avec une grande précision. Or, dans certains cas, comme par exemple sur les étages supérieurs de lanceurs multi-étages, une telle détermination doit être effectuée par des moyens automatiques ou à distance. Parmi les moteurs à réaction et plus précisément parmi les moteurs fusées, on connaît les moteurs dits à « cycle expandeur ». Dans un tel moteur à « cycle expandeur », l'alimentation de la chambre de combustion en au moins un des ergols est assurée par une turbopompe actionnée par la détente d'un débit d'ergol chauffé par son passage à travers un échangeur de chaleur régénératif servant en même temps à refroidir les parois de la chambre de combustion et/ou la tuyère du moteur, et à chauffer l'ergol avant son injection dans la chambre à combustion. Typiquement, l'allumage est détecté quand une valeur physique mesurée dans la chambre de combustion, comme par exemple la pression ou la température à l'intérieur de la chambre de combustion, dépasse un seuil prédéterminé. Toutefois, la montée en régime d'un tel moteur à « cycle expandeur » après l'allumage du mélange d'ergols dans la chambre à combustion étant particulièrement graduelle, il peut être difficile de fixer un tel seuil permettant de détecter l'instant précis d'allumage.

Objet et résumé de l'invention La présente invention vise à remédier aux inconvénients liés à la détection de l'allumage du mélange d'ergols dans la chambre de combustion d'un moteur à réaction, en particulier mais pas uniquement un moteur-fusée à « cycle expandeur ».

L'invention vise à proposer un procédé de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans une chambre de combustion d'un moteur à réaction qui permette une détermination précise et fiable de l'allumage avec des moyens réduits.

Pour cela, dans au moins un mode de réalisation, ce procédé peut comprendre au moins les étapes suivantes : - prévision du début d'une plage temporelle d'allumage en fonction d'un ensemble de conditions initiales ; - mesure d'un premier paramètre physique dans la chambre de combustion ; - calcul d'une première variable de référence en fonction d'un signal correspondant audit premier paramètre physique ; et - détermination de l'allumage quand ladite première variable de référence atteint un seuil prédéterminé après le début prévu de la plage temporelle d'allumage. Grâce à ce que l'allumage n'est déterminé que si ladite première variable de référence atteint le seuil prédéterminé après le début prévu de la plage temporelle d'allumage, il est possible d'éviter des faux positifs dus à des fluctuations du signal correspondant au paramètre physique avant la plage temporelle d'allumage. Ledit premier paramètre physique peut notamment être une pression à l'intérieur de la chambre de combustion. Toutefois, les capteurs de pression, et en particulier ceux permettant un échantillonnage rapide, sont susceptibles de générer un signal présentant un niveau de bruit comparativement élevé. Afin d'éviter que ce bruit puisse déclencher un faux positif, le calcul de ladite première variable de référence peut comprendre au moins une étape de filtrage du signal correspondant audit premier paramètre physique. Ce filtrage peut être par exemple un filtrage passe bas de deuxième ordre, éventuellement associé à un filtre de Kalman. Typiquement, l'allumage provoque une montée accélérée de la pression dans la chambre de combustion, à cause de l'énergie libérée par la combustion. Afin de déterminer l'allumage, ladite première variable de référence comparée avec un seuil prédéterminé peut donc être la dérivée dans le temps du signal correspondant au premier paramètre physique mesuré, après son filtrage.

Dans un moteur fusée, ledit mélange d'ergols comprend normalement un premier et un deuxième ergol, le premier ergol commençant à être fourni à la chambre de combustion avant le deuxième ergol, afin d'éviter un allumage prématuré. L'allumage n'est possible qu'à partir de l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion. En conséquence, ledit ensemble de conditions initiales peut comprendre un instant d'ouverture d'une vanne permettant le passage du deuxième ergol vers la chambre. L'instant d'ouverture de cette vanne est en effet déterminant pour l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre et l'allumage du mélange. Le début de la plage temporelle d'allumage peut être prévu sur base d'essais d'allumage préalables. Notamment, le début de la plage temporelle d'allumage peut être prévu sur base d'au moins la moyenne et la variance de temps d'allumage, à partir de l'ouverture de la vanne permettant le passage du deuxième ergol, dans un premier ensemble d'essais préalables. Par exemple, la formule suivante peut être utilisée pour le calcul du début de la plage temporelle d'allumage : t_all_debut = t_EVVC01+ t_all_(1) - Cl- \IVar(t_a11_(1)) dans laquelle t_all_debut est le début de la plage temporelle d'allumage, t_EVVC01 est l'instant d'ouverture de la vanne permettant le passage du deuxième ergol vers la chambre, t_all_(1) est la moyenne des temps d'allumage, à partir de l'ouverture de la vanne permettant le passage du deuxième ergol, dans le premier ensemble d'essais préalables, C1 est un coefficient prédéterminé, et Var(t_a/L(1)) est la variance de ces temps d'allumage.

Un autre facteur pouvant influencer l'instant de l'allumage est la température à laquelle chaque ergol arrive dans la chambre de combustion. En particulier quand au moins un des ergols arrive dans la chambre de combustion après un passage à travers un échangeur de chaleur régénératif, cette température peut varier sensiblement entre allumages successifs d'un même moteur à réaction : alors que, lors d'un premier tir, l'ergol arrive encore à froid dans la chambre de combustion, lors un deuxième tir la chaleur latente de l'échangeur suite au premier tir peut préchauffer l'ergol avant son arrivée dans la chambre de combustion, facilitant ainsi l'allumage du mélange. En conséquence, afin de prendre en compte la variabilité de ce facteur, ledit ensemble de conditions initiales peut comprendre aussi une température initiale du premier ergol en sortie de l'échangeur de chaleur régénératif, et le début de ladite plage temporelle être prédit sur base d'au moins la moyenne et la variance des temps d'allumage, à partir de l'ouverture de la vanne permettant le passage du deuxième ergol, dans un premier ensemble d'essais préalables, ainsi que de la température initiale du premier ergol en sortie de l'échangeur de chaleur régénératif dans chacun de ces essais préalables. Afin notamment de vérifier le bon fonctionnement de la chambre de combustion, et notamment de son dispositif d'allumage, il peut être souhaitable de mesurer le délai entre l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion et l'allumage. Pour cela, le procédé peut comprendre aussi les étapes suivantes : - prévision du début d'une plage temporelle d'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion en fonction dudit ensemble de conditions initiales ; - mesure d'un deuxième paramètre physique dans la chambre de combustion ; - calcul d'une deuxième variable de référence en fonction d'un signal correspondant audit deuxième paramètre physique ; - détermination de l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion quand ladite deuxième variable de référence atteint un seuil prédéterminé après le début prévu de la plage temporelle d'allumage ; et - calcul du délai entre l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion et l'allumage du mélange d'ergols dans la chambre de combustion. Le deuxième paramètre physique peut être, par exemple, une pression dans un conduit d'injection du deuxième ergol dans la chambre de combustion. Le calcul de la deuxième variable de référence peut comprendre une étape de filtrage (p.ex. filtrage passe bas de deuxième degré éventuellement associé à un filtrage de Kalman) du signal correspondant au deuxième paramètre physique, suivie du calcul de la dérivée dans le temps du signal filtré.

Pour des raisons de sécurité, il est également souhaitable de déterminer si l'allumage ne s'est pas produit dans la plage temporelle normale. Pour cela, le procédé peut aussi comprendre les étapes suivantes : - prévision de la fin de la plage temporelle d'allumage en fonction dudit ensemble de conditions initiales ; et - détermination d'un non-allumage si ladite première variable de référence n'a pas encore atteint son seuil prédéterminé à la fin prévue de la plage temporelle d'allumage. En particulier, une commande d'arrêt moteur et/ou de relance de la séquence d'allumage peut être émise en cas de confirmation d'un non-10 allumage. L'invention se rapporte aussi à un système de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans une chambre de combustion d'un moteur à réaction, comprenant un estimateur configuré pour prévoir au moins un début d'une plage temporelle d'allumage en fonction d'un ensemble de 15 conditions initiales ; un premier module de calcul, pouvant être connecté à au moins un premier capteur installé dans la chambre de combustion pour recevoir un signal correspondant à un premier paramètre physique mesuré par ce premier capteur, et configuré pour calculer une première variable de référence en fonction dudit signal ; et un module de détermination de 20 l'allumage, connecté audit estimateur et audit premier module de calcul pour recevoir le début prévu de la plage temporelle d'allumage et ladite première variable de référence, et configuré pour déterminer l'allumage si ladite première variable de référence atteint un seuil prédéterminé après le début prévu de la plage temporelle d'allumage. 25 En particulier, le premier capteur peut être un capteur de pression configuré pour mesurer la pression à l'intérieur de la chambre de combustion. Le module de calcul de la première variable de référence peut être configuré pour filtrer le signal, émis par ce capteur, correspondant au premier paramètre physique, et calculer la dérivée dans le temps du signal 30 filtré. En outre, le système peut aussi comprendre un deuxième estimateur, configuré pour prévoir le début d'une plage temporelle d'arrivée d'un deuxième ergol dans la chambre de combustion, après un premier ergol, en fonction dudit ensemble de conditions initiales ; un 35 deuxième module de calcul pouvant être connecté à un deuxième capteur pour recevoir un deuxième signal correspondant à un deuxième paramètre physique, qui est mesuré par ce deuxième capteur, et configuré pour calculer une deuxième variable de référence en fonction dudit deuxième signal ; un module de détermination de l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion quand ladite deuxième variable de référence atteint un seuil prédéterminé après le début prévu de la plage temporelle d'allumage ; et un troisième module de calcul, configuré pour calculer le délai entre l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion et l'allumage du mélange d'ergols dans la chambre de combustion. Finalement, le premier estimateur peut aussi être configuré pour prévoir la fin de la plage temporelle d'allumage en fonction dudit ensemble de conditions initiales, et le module de détermination d'allumage être aussi configuré pour déterminer un non-allumage si ladite première variable de référence n'a pas encore atteint son seuil prédéterminé à la fin prévue de la plage temporelle d'allumage. Le module de détermination d'allumage peut en outre être configuré pour émettre une commande d'arrêt moteur et/ou de réinitialisation de la séquence d'allumage en cas de détermination de non-allumage. Ce système de détection d'allumage peut donc être adapté à mettre en oeuvre chaque différent mode de réalisation du procédé de détection d'allumage suivant l'invention. Le système de détection d'allumage peut être réalisé comme un système électronique comprenant un circuit dédié pour chaque estimateur et chaque autre module, ou bien les intégrer en tant que modules fonctionnels dans un dispositif informatique programmable.

L'invention se rapporte aussi à un programme d'ordinateur configuré pour mettre en oeuvre un procédé de détection d'allumage suivant l'une quelconque des revendications, ainsi qu'à un moyen de stockage de données contenant un tel programme d'ordinateur et configuré pour sa lecture par un dispositif informatique apte à mettre en oeuvre le programme d'ordinateur. On entend dans ce contexte « support de stockage de données » comme tout support pouvant contenir un programme d'ordinateur sous forme de données numériques lisibles par un dispositif informatique. Parmi les supports de stockage de données on compte ainsi notamment les supports optiques, magnétiques ou électroniques tels que les bandes ou disques magnétiques, les disques optiques, ou les mémoires volatiles ou non-volatiles.

Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur-fusée à « cycle expandeur » ; - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un système de détection d'allumage suivant un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un graphique illustrant l'évolution dans le temps d'un signal, filtré et non-filtré, correspondant à une pression d'injection d'un ergol dans la chambre de combustion ainsi que de la dérivée dans le temps du signal filtré ; - la figure 4 est un graphique illustrant l'évolution dans le temps d'un signal, filtré et non-filtré, correspondant à une pression totale dans la chambre de combustion ainsi que de la dérivée dans le temps du signal filtré ; - la figure 5 est un schéma fonctionnel d'un système de détection d'allumage suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 illustre un procédé de recalage des estimateurs du système de détection d'allumage suivant l'un quelconque des modes de réalisation illustrés, combinant des calculs en temps réel avec des calculs en temps différé. Description détaillée de l'invention La figure 1 illustre un moteur-fusée 1 comprenant une chambre propulsive 5 et un dispositif d'alimentation de cette chambre propulsive en deux ergols. La chambre propulsive 5 est une chambre de combustion prolongée par une tuyère destinée à fournir une poussée grâce à la détente et accélération à des vitesses supersoniques de gaz chauds résultant de la combustion des ergols dans la chambre propulsive 5. Dans le mode de réalisation illustré, les ergols sont de l'hydrogène et de l'oxygène, et le dispositif d'alimentation comprend un réservoir 2 contenant l'hydrogène à l'état liquide (LH2), un réservoir 3 contenant l'oxygène à l'état liquide (LOX), un circuit d'alimentation 4 relié au réservoir 2 pour fournir l'hydrogène à la chambre propulsive 5 du moteur- fusée 1, et un circuit d'alimentation 6 relié au réservoir 3 pour fournir l'oxygène à la chambre propulsive 5. Le circuit d'hydrogène 4 comporte une vanne d'entrée VEH, une turbopompe TPH avec une pompe 7 et une turbine 8 mécaniquement couplées, et un échangeur de chaleur régénératif 9 formé dans les parois de la chambre propulsive 5 de manière à transférer du chaleur de la chambre propulsive 5 à l'hydrogène pendant sa circulation à travers l'échangeur de chaleur 9. L'échangeur de chaleur 9 est situé, dans le premier circuit 4, en aval de la pompe 7 et en amont de la turbine 8 de la turbopompe TPH. En aval de la turbine 8, le circuit d'hydrogène 4 traverse aussi la turbine 10 d'une turbopompe TPO. La pompe 11 de cette même turbopompe TPO, qui est mécaniquement couplée à la turbine 10, sert à pomper l'oxygène liquide à travers le circuit d'oxygène 6. Ainsi, le transfert de chaleur dans l'échangeur 9 peut contribuer simultanément à refroidir les parois de la chambre propulsive 5 et à vaporiser l'hydrogène liquide entre la pompe 7 et les turbines 8 et 10, de telle manière que la détente de l'hydrogène, à l'état gazeux, dans les turbines 8 et 10 actionne les turbopompes TPH et TPO pour pomper les deux ergols. Ainsi, le dispositif d'alimentation est apte à fonctionner suivant un cycle « expandeur » en utilisant la détente de l'hydrogène gazeux dans les turbines 8 et 10 pour assurer l'alimentation de la chambre propulsive 5 avec les deux ergols. Le circuit d'hydrogène 4 comporte aussi un passage 12 de contournement des deux turbines 8 et 10, avec une vanne de contournement VBPH, un passage 13 de contournement de la seule turbine 10, avec une vanne de contournement VBPO, et une vanne VCH d'alimentation de la chambre propulsive 5 en hydrogène directement en amont de la chambre propulsive 5. Le circuit d'oxygène 6, pour sa part, comporte aussi une vanne d'entrée VEO entre le réservoir 3 et la pompe 11, ainsi qu'une vanne d'alimentation VCO de la chambre propulsive 5 en oxygène entre la pompe 11 et la chambre propulsive 5.

Pour provoquer l'allumage d'un mélange des deux ergols dans la chambre propulsive 5, celle-ci comporte un allumeur 14. Afin de pouvoir mesurer plusieurs paramètres physiques dans le moteur-fusée 1, celui-ci comporte aussi un capteur de température 15, et des capteurs de pression 16, 17. Le capteur de température 15 est situé dans le circuit d'hydrogène 4, directement en aval de l'échangeur 9, de manière à pouvoir mesurer la température de l'hydrogène en sortie de l'échangeur 9. Le capteur de pression 16 est situé à l'intérieur de la chambre propulsive 5 pour mesurer la pression dans cette chambre propulsive 5, tandis que le capteur de pression 17 est situé dans un conduit d'injection d'oxygène en aval de la vanne VCO, pour mesurer la pression d'injection de l'oxygène dans la chambre propulsive 5. Finalement, le moteur fusée 1 comprend aussi une unité de commande 18, connectée à l'allumeur 14 pour commander son activation et désactivation, ainsi qu'aux vannes VEH, VBPH, VBPO, VCH, VEO et VCO pour commander leur ouverture ou fermeture. En outre, cette unité de commande 18 est également connectée aux capteurs 15, 16, 17 pour recevoir des signaux THSR, PRGC et PROIC correspondant, respectivement, à la température de l'hydrogène en sortie de l'échangeur 9, à la pression dans la chambre propulsive 5, et à la pression d'injection de l'oxygène dans la chambre propulsive 5. L'unité de commande 18 comprend un système 19 de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans la chambre de combustion du moteur-fusée 1. Ce système 19, qui est illustré schématiquement sur la figure 2, est formé par un ensemble de modules fonctionnels pouvant être réalisés en tant que circuits dédiés, ou bien programmés dans un dispositif informatique programmable. Le système de détection d'allumage 19 comprend un premier et un deuxième estimateurs F13, F23, un module de détermination d'allumage F14, un module F24 de détermination d'arrivée d'oxygène dans la chambre propulsive 5, un premier module de calcul F11, un deuxième module de calcul F21 et un troisième module de calcule F31. Le premier estimateur F13 est configuré pour recevoir un signal LEVVC01 correspondant au délai entre l'ouverture de la vanne VCH et l'ouverture de la vanne VCO, prévoir une plage temporelle d'allumage en 35 fonction de ce signal LEVVC01, et transmettre au module de 2 99 7454 10 détermination d'allumage des signaux t_all_debut, t_all_max indiquant respectivement le début et la fin de cette plage temporelle d'allumage. Dans l'estimateur F13 sont stockées des données ou un modèle correspondant à un ensemble de précédents essais d'allumage du moteur 5 fusée 1, et en particulier le délai t_all_(1) entre l'ouverture de la vanne VCO et l'allumage dans chacun de ces précédents essais. L'estimateur F13 est configuré pour calculer la moyenne t_all_(1) de ces temps d'allumage t_all_(1), ainsi que leur variance var(t_a/L(1)) et, sur base de ces deux données, prévoir le début t=t_all_debut et la fin t=t_all_max d'une plage 10 temporelle d'allumage du moteur fusée 1 à partir de l'ouverture de la vanne VCH suivant les formules suivantes : t_all_debut = t_EVVC01+ t_all_(1) - Cl- -\IVar(t_all_(1)) t_all_max = t_EVVC01+ t_all_(1) + C2 - -\IVar(t_all_(1)) dans lesquelles C1 et C2 sont des coefficients prédéterminés. Dans le mode de réalisation illustré, l'estimateur F13 est configuré pour transmettre au module de détermination d'allumage F14 des signaux 15 correspondant directement au début t=t_all_debut et la fin t=t_all_max prévus de la plage temporelle d'allumage du moteur fusée 1 à partir du moment t=0 auquel la vanne VCH est ouverte. Le premier module de calcul F11 est connecté au capteur 16 pour recevoir le signal PRGC correspondant à la pression totale dans la 20 chambre propulsive 5, et est configuré pour filtrer d'abord ce signal par un filtre passe bas, pouvant être complémenté par un filtre de Kalman, afin de réduire le bruit, calculer la dérivée dans le temps de ce signal filtré, et ensuite transmettre au module de détermination d'allumage F14 un signal PRGC_f _der correspondant à cette dérivée et dont la valeur servira en 25 tant que variable de référence pour la détermination de l'allumage. Le module de détermination d'allumage F14 est configuré pour recevoir les signaux t_all_debut, t_all_max et PRGC_f _der et déterminer, en fonction de ces signaux, l'allumage ou non-allumage du mélange d'ergols, ainsi que l'instant de cet éventuel allumage. Pour cela, le module 30 de détermination d'allumage F14 est configuré pour comparer, entre les instants t=t_all_debut et t=t_all_max, la valeur du signal PRGCJ _der avec un seuil prédéterminé. Le module de détermination d'allumage F14 est configuré pour émettre un signal binaire etat_all qui passe de 0 à 1 si la valeur du signal PRGC_f_der dépasse son seuil prédéterminé à partir de l'instant t=t_all_debut, un signal t_all correspondant à l'instant auquel ce dépassement de seuil est déterminé, et un signal binaire etat_non_all qui passe de 0 à 1 si le signal PRGCJ _der n'a pas encore dépassé son seuil prédéterminé à l'instant t=t_all_max. Le deuxième estimateur F23 est configuré pour recevoir le signal t_EVVC01, prévoir une plage temporelle d'arrivée de l'oxygène à la chambre propulsive 5 en fonction de ce signal t_EVVC01, et transmettre au module de détermination d'allumage un signal t_Ox_debut indiquant le début et la fin de cette plage temporelle d'arrivée de l'oxygène. Dans l'estimateur F23 sont stockées des données ou un modèle correspondant à un ensemble de précédents essais d'allumage du moteur fusée 1, et en particulier le délai t_Ox_(1) entre l'ouverture de la vanne VCO et l'arrivée de l'oxygène à la chambre propulsive 5 dans chacun de ces précédents essais. L'estimateur F23 est configuré pour calculer la moyenne t_Ox_(1) de ces temps d'allumage t_Ox_(1), ainsi que leur variance Var(t_Ox_(1)) et, sur base de ces deux données, prévoir le début t_Ox_debut d'une plage temporelle d'arrivée de l'oxygène à partir de l'ouverture de la vanne VCH suivant la formule suivante : t_Ox_debut = t_EVVC01+t_Ox_(1) - C3 - 1Var(t_Ox_(1)) dans laquelle C3 est un coefficient prédéterminé. Dans le mode de réalisation illustré, l'estimateur F23 est configuré pour transmettre au module F24 un signal t_Ox_debut correspondant directement au début de la plage temporelle prévue pour l'arrivée de l'oxygène dans la chambre propulsive 5, compté à partir de l'ouverture de la vanne VCH.

Le deuxième module de calcul F21 est connecté au capteur 17 pour recevoir le signal PROIC correspondant à la pression d'injection de l'oxygène dans la chambre propulsive 5, et est configuré pour filtrer d'abord ce signal par un filtre passe bas, pouvant être complémenté par un filtre de Kalman, afin de réduire le bruit, calculer la dérivée dans le temps de ce signal filtré, et ensuite transmettre au module F24 un signal PROIC_f _der correspondant à cette dérivée et dont la valeur servira en tant que variable de référence pour la détermination de l'arrivée de l'oxygène dans la chambre propulsive 5.

Le module F24 de détermination d'arrivée d'oxygène est configuré pour recevoir les signaux t_Ox_debut et PROIC_f _der et déterminer, en fonction de ces signaux, l'arrivée de l'oxygène dans la chambre propulsive 5, ainsi que l'instant de cette éventuelle arrivée. Pour cela, le module F24 est configuré pour comparer, à partir de l'instant t=t_Ox_debut, la valeur du signal PRO/C_f_der avec un seuil prédéterminé. Le module F24 est configuré pour émettre un signal binaire etat_Ox qui passe de 0 à 1 si le signal PRO/C_f_der dépasse son seuil prédéterminé à partir de l'instant t=t_Ox_debut, et un signal t_Ox correspondant à l'instant auquel ce dépassement de seuil est déterminé. Le troisième module de calcul F31 est configuré pour recevoir les signaux t_all et etat_all du module F14, et les signaux t_Ox et etat_Ox du module F24 et émettre des signaux delta_t et etat_delta_t en fonction de ces signaux reçus. Le signal delta_t correspond au délai entre l'arrivée de l'oxygène dans la chambre propulsive 5 et l'allumage du mélange des ergols et peut être calculé par le module F31 en soustrayant la valeur du signal t_Ox de celle du signal t_all. Le signal etat_delta_t est un signal quaternaire, avec les possibles valeurs 0, 1, 2 et 3. Le module F31 est configuré pour assigner au signal etat_delta_t la valeur 0 tant que la valeur du signal etat_all soit 0, la valeur 1 si la différence entre la valeur du signal t_all et celle du signal t_Ox est inférieure à un seuil minimum prédéterminé, la valeur 2 si cette différence se situe entre ce seuil minimum et un seuil maximum prédéterminé, et la valeur 3 si cette différence est supérieur audit seuil maximum prédéterminé. Ces seuils minimum et maximum définissent un intervalle normal pour le délai d'allumage représenté par le signal delta_t, pouvant être définie en fonction des résultats d'essais préalables. Ainsi, la valeur du signal etat_delta_t sera égale à 0 s'il n'y a pas d'allumage, 1 si l'allumage se produit de manière anormalement rapide à partir de l'arrivée d'oxygène dans la chambre propulsive 5, 2 si ce délai d'allumage est dans l'intervalle normal, et 3 si l'allumage se produit de manière anormalement lente à partir de l'arrivée d'oxygène dans la chambre propulsive 5. La séquence d'allumage du moteur fusée 1 s'effectue de la manière suivante : après l'ouverture des vannes VEH et VEO pour mettre en froid les turbopompes TPO et TPH, les deux ergols remplissent leurs circuits respectifs 4 et 6 jusqu'aux vannes VCH et VCO, qui restent fermées. La vanne VCH est alors ouverte, à l'instant t=0, pour permettre l'arrivée de l'hydrogène dans la chambre propulsive 5. L'allumeur 14 est activé, et l'ouverture de la vanne VCO est commandée à l'instant t=t_EVVC01. L'oxygène va commencer à s'écouler vers la chambre propulsive 5, et provoquer en arrivant une accélération sensible de la montée de la pression mesurée par le capteur 17 dans le conduit d'injection de l'oxygène dans la chambre propulsive 5. A un moment donné, le mélange d'ergols dans la chambre propulsive 5, devenu inflammable, va s'allumer grâce à l'allumeur 14, et provoquer une accélération sensible de la montée de la pression mesurée par le capteur 16 dans la chambre propulsive 5. Dans le système 19 de détection d'allumage, chacun des premier et deuxième estimateurs F13, F23 reçoit le signal t_EVVC01 correspondant à l'instant d'ouverture de la vanne VCO. Le premier estimateur F13 prévoit, en fonction de la valeur de ce signal t_EVVC01, et sur base de la moyenne t_all_(1) et la variance Var(t_a/1(1)) des temps d'allumage t_all_(1) de précédents essais, le début t_all_debut et la fin t_all_max de la plage temporelle d'allumage du moteur fusée 1 suivant les formules pour l'exemple d'application : Lall_debut = LEVVC01+ t_all_(1) - Cl- \IVar(t_all_(1)) t_all_max = LEVVC01+ t_all_(1) + C2 - "Var(t_all_(1)) Parallèlement, le deuxième estimateur F23 prévoit, en fonction de la valeur du signal t_EVVC01, et sur base de la moyenne t_Ox_(1) et la variance Var(t_Ox_(1)) des temps d'arrivée de l'oxygène t_Ox_(1) dans des précédents essais, le début t_Ox_debut de la plage temporelle d'arrivée de l'oxygène dans la chambre propulsive 5 suivant la formule pour l'exemple d'application : t_Ox_debut = t_EVVC01+t_Ox_(1) - C3 - .\IVar(t_Ox_(1)) Pendant toute la séquence d'allumage du moteur fusée 1, les premier et deuxièmes modules de calcul Fil et F21 reçoivent, respectivement, les signaux PRGC et PROIC des capteurs 16, 17, et les filtrent et dérivent pour générer les signaux PRGC_f_der et PROIC_f_der, qui sont respectivement transmis au module de détermination d'allumage F14 et au module F24 de détermination d'arrivée d'oxygène dans la chambre propulsive 5.

La figure 3 illustre l'évolution du signal PROIC non-filtré, du signal PROIC filtré et du signal PROIC_f_der pendant la séquence d'allumage. Le module F24 reçoit le signal PROIC_f_der du deuxième module de calcul F21, ainsi que le signal t_Ox_debut du deuxième estimateur F23, et commence à comparer la valeur du signal PROIC_f_der avec un seuil PROIC_f_der_seuil à partir de l'instant t=t_Ox_debut. Quand, après cet instant t=t_Ox_debut, le signal PROIC_f_der atteint ou dépasse ce seuil, c'est-à-dire, dans l'exemple illustré, au moment t=t_Ox, le module F24 détermine que l'oxygène est arrivé à la chambre propulsive 5, fait passer la valeur de son signal binaire etat_Ox de 0 à 1, et émet aussi un signal t_Ox. La figure 4 illustre l'évolution du signal PRGC non-filtré, du signal PRGC filtré et du signal PRGC_f _der pendant la séquence d'allumage. Le module F14 reçoit le signal PRGC_f _der du premier module de calcul F11, ainsi que les signaux t_all_debut et t_all_max du premier estimateur F13, et commence à comparer la valeur du signal PRGC_f _der avec un seuil PRGC_f_der_seuil à partir de l'instant t=t_all_debut. Quand, après cet instant t=t_all_debut, le signal PRGC_f _der atteint ou dépasse ce seuil, c'est-à-dire, dans l'exemple illustré, au moment t=t_a//, le module F14 détermine que l'allumage s'est produit, fait passer la valeur de son signal binaire etat_all de 0 à 1, et émet aussi un signal Lait. D'autre part, si après l'instant t= t_all_max le signal PRGC_f_der n'a pas atteint ou dépassé ce seuil, le module F14 détermine que l'allumage ne s'est pas produit et fait passer la valeur de son signal binaire etat_non_all de 0 à 1, ce qui peut aussi servir comme signal arrêt moteur et/ou permettre de relancer une nouvelle séquence d'allumage. Les modules F14 et F24 transmettent les signaux etat_all, t_all, etat_Ox et t_Ox au troisième module de calcul F31. Quand la valeur des chacun des deux signaux etat_all et etat_Ox est égale à 1, c'est-à-dire, quand l'arrivée de l'oxygène et l'allumage du mélange des deux ergols s'est produit, le module F31 calcule la différence delta_t entre les valeurs des signaux t_all et t_ox, et compare cette différence avec une intervalle comprise entre un seuil minimum et un seuil maximum, assignant au signal etat_delta_t la valeur 0 tant que la valeur du signal etat_all soit 0, la valeur 1 si la valeur de la différence delta_t est inférieure à un seuil minimum prédéterminé, la valeur 2 si elle se situe entre les seuils minimum et maximum, et la valeur 3 si elle est supérieure audit seuil maximum prédéterminé. Les signaux delta_t et etat_delta_t émis en conséquence par le troisième module de calcul F31 permettent ainsi d'évaluer si l'allumage a été normal ou anormal.

Quand le moteur fusée 1 est rallunnable, la température THSR de l'hydrogène en sortie de l'échangeur 9 au moment de l'ouverture de la vanne VCH peut varier sensiblement entre allumages successifs du moteur fusée 1. En effet, suite à un premier allumage du moteur fusée 1, l'inertie thermique de l'échangeur 1 peut le maintenir à une température plus élevée après que le moteur fusée 1 soit éteint. Lors de l'allumage suivant, l'hydrogène va donc initialement arriver à une température plus élevée dans la chambre propulsive 5 que lors du premier allumage. Le mélange d'ergols, plus chaud, pourrait alors être plus facilement allumable. En conséquence, cette température THSR au moment de l'ouverture de la vanne VCH peut être un paramètre important au moment de prévoir les valeurs t_all_debut, t_all_max et t_Ox_debut dans les estimateurs F13 et F23. Ainsi, dans le mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 5, les estimateurs F13, F23 sont configurés pour prendre en compte aussi un signal THSR_O correspondant à la température THSR de l'hydrogène en sortie de l'échangeur 9 au moment de l'ouverture de la vanne VCH. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, les estimateurs F13 et F23 contiennent des données ou un modèle correspondant à un ensemble de précédents essais d'allumage du moteur fusée 1 effectués avec différentes températures THSR_0(1) de l'hydrogène en sortie de l'échangeur 9 au moment de l'ouverture de la vanne VCH. En particulier, un modèle reliant la température THSR au délai d'allumage, basé sur les températures THSR_0(1) et les délais t_all_(1) mesurés dans chacun de ces précédents essais, peut être stocké dans le premier estimateur F13. De manière analogue, un modèle reliant la température THSR au délai d'arrivée d'oxygène, basé sur les températures THSR_0(1) et les délais t_Ox_(1) mesurés dans chacun de ces précédents essais, peut être stockés dans le deuxième estimateur F23. Le signal THSR_O peut ainsi être utilisé pour corriger les prévisions du début t=t_all_debut et de la fin t=t_all_max d'une plage temporelle d'allumage du moteur fusée 1. Ce modèle stocké dans le deuxième estimateur F23, permet ainsi de corriger aussi la prévision de l'instant t=t_Ox_debut du début de la plage temporelle 2 99 7454 16 d'arrivée d'oxygène dans la chambre propulsive 5. A part ces différences, le système 19 de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans la chambre de combustion du moteur-fusée 1 suivant ce deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 5 comprend les mêmes éléments, qui 5 reçoivent les mêmes chiffres de référence, et fonctionne de la même manière que celui du premier mode de réalisation illustré sur la figure 2. Bien que, dans les deux modes de réalisation illustrés, les estimateurs F13 et F23 calculent et transmettent directement aux modules de détermination F14 et F24 les signaux Lall_debut, t_all_max et 10 t_Ox_debut, ils peuvent aussi alternativement envoyer des signaux permettant indirectement le calcul de ces variables. Par exemple, le premier estimateur F13 peut être configuré pour calculer et transmettre, à la place des signaux t_all_debut, t_all_max, un signal t_all_prev, correspondant à un instant d'allumage prévu, et un signal sigma_all, 15 correspondant à une déviation normale de l'instant d'allumage. Le module F14 peut alors être configuré pour calculer le début et la fin prévus de la plage temporelle d'allumage sur base de ces signaux t_all_prev et sigma_all, par exemple en multipliant la valeur du signal sigma_all par des coefficients appropriés et en soustrayant et ajoutant les valeurs de ces 20 produits à la valeur du signal t_all_prev pour obtenir, respectivement, le début et la fin de la plage temporelle d'allumage. De manière analogue, le deuxième estimateur F23 peut être configuré pour calculer et transmettre, à la place du signal t_Ox_debut, un signal t_Ox_prev, correspondant à un instant d'arrivée d'oxygène prévu, et un signal sigma_Ox, correspondant à 25 une déviation normale de l'instant d'arrivée d'oxygène. Dans ce cas, le module F24 peut être configuré pour calculer le début prévu de la plage temporelle d'arrivée d'oxygène en multipliant la valeur du signal sigma_Ox par un coefficient approprié et en soustrayant ce produit à la valeur du signal t_Ox_prev pour obtenir le début prévu de la plage temporelle 30 d'arrivée d'oxygène dans la chambre propulsive 5. Dans chacun de ces modes de réalisation, le système 19 de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans la chambre de combustion du moteur-fusée 1 peut aussi être configuré pour améliorer la précision des prévisions des estimateurs F13 et F23 par rétroaction des signaux t_all et 35 t_Ox vers ces estimateurs F13 et F23, afin de les joindre aux données d'essais préalables servant à la prévision des plages temporelles d'allumage et d'arrivée d'oxygène. Toutefois, dans les modes de réalisation illustrés, comme les modules F11, F21, F14, F24 et F31 sont censés effectuer leurs calculs en temps réel, il peut être nécessaire d'utiliser un pas d'échantillonnage temporel comparativement long, par exemple de 10 ms, pour ces calculs. Ceci est d'autant plus important que l'unité de commande 18, dans lesquels ils sont intégrés, peut être destinée à être embarquée sur un engin propulsé par le moteur-fusée 1, ce qui pourrait limiter ses ressources et donc sa vitesse de calcul. Or, un échantillonnage temporel avec un pas relativement long diminue normalement la précision avec laquelle l'instant d'arrivée d'oxygène et celui de l'allumage peuvent être déterminés. Pour cette raison, comme illustré sur la figure 6, la détermination 100 en temps réel de l'arrivée d'oxygène et de l'allumage ou non-allumage, ainsi que des instants d'arrivée d'oxygène et d'allumage peut être suivie en temps différé par une détermination 200 des mêmes états et instants, utilisant les mêmes étapes, mais avec un échantillonnage temporel sensiblement plus fin, par exemple de 0,16 ms. Les résultats de cette deuxième détermination 200 en temps différé peuvent ensuite être comparés avec ceux de la première détermination 100 dans une comparaison 300, et les résultats de cette comparaison 300 peuvent être utilisés pour recaler les estimateurs F13 et F23, et améliorer la prévision 400 des plages temporelles d'arrivée d'oxygène et d'allumage pour les déterminations 100, 200 dans des essais ou allumages subséquents. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans une chambre de combustion (5) d'un moteur à réaction (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : prévision du début (t_all_debut) d'une plage temporelle d'allumage en fonction d'un ensemble de conditions initiales ; mesure d'un premier paramètre physique (PRGC) dans la chambre de combustion ; calcul d'une première variable de référence (PRGCJ _der) en fonction d'un signal correspondant audit premier paramètre physique (PRGC) ; détermination de l'allumage quand ladite première variable de référence (PRGCJ _der) atteint un seuil (PRGCJ _der_seuil) prédéterminé après le début prévu (t_all_debut) de la plage temporelle d'allumage.
2. 2. Procédé de détection d'allumage suivant la revendication 1, dans lequel ledit premier paramètre physique (PRGC) est une pression à l'intérieur de la chambre de combustion.
3. 3. Procédé de détection d'allumage suivant la revendication 2, dans lequel le calcul de ladite première variable de référence (PRGCJ _der) comprend au moins une étape de filtrage du signal correspondant audit premier paramètre physique (PRGC).
4. 4. Procédé de détection d'allumage suivant la revendication 3, dans lequel ladite première variable de référence (PRGCJ _der) est la dérivée dans le temps du signal correspondant au premier paramètre physique mesuré (PRGC), après son filtrage.
5. 5. Procédé de détection d'allumage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit mélange d'ergols comprend un premier et un deuxième ergol, le premier ergol commençant à être fourni à la chambre de combustion (5) avant le deuxième ergol, et ledit ensemble de conditions initiales comprenant un instant d'ouverture (LEVVC01) d'une vanne (VCO) permettant le passage du deuxième ergol vers la chambre de combustion (5).
6. 6. Procédé de détection d'allumage suivant la revendication 5, dans lequel le début (t_all_debut) de la plage temporelle d'allumage est prévu sur base d'au moins la moyenne et la variance(t _all _(1) ,V ar (t _all _(1))) de temps d'allumage, à partir de l'ouverture de la vanne (VCO) permettant le passage du deuxième ergol, dans un premier ensemble d'essais préalables.
7. 7. Procédé de détection d'allumage suivant la revendication 6, dans lequel le premier ergol est fourni à la chambre de combustion (5) à travers un échangeur de chaleur régénératif, ledit ensemble de conditions initiales comprend aussi une température initiale du premier ergol en sortie de l'échangeur de chaleur régénératif (9), et le début (t _all _de but) de ladite plage temporelle d'allumage est prévu sur base d'au moins la moyenne et la variance (t _all _(1) ,V ar (t _all _(1))) de temps d'allumage, à partir de l'ouverture de la vanne (VCO) permettant le passage du deuxième ergol, dans un premier ensemble d'essais préalables, ainsi que de la température initiale (THSR_O) du premier ergol en sortie de l'échangeur de chaleur régénératif (9) dans chacun de ces essais préalables.
8. 8. Procédé de détection d'allumage suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant en outre les étapes suivantes : prévision du début (t_Ox_debut) d'une plage temporelle d'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion (5) en fonction dudit ensemble de conditions initiales ; mesure d'un deuxième paramètre physique (PROIC) dans la chambre de combustion (5) ; calcul d'une deuxième variable de référence (PROIC _f _der) en fonction d'un deuxième signal correspondant audit deuxième paramètre physique (PROIC) ; détermination de l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion quand ladite deuxième variable de référence (PRO I C _f _der) atteint un seuil prédéterminé (PRO/C_f_der_seui/) après le début prévu (t_Ox_debut) de la plage temporelle d'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion (5) ; et calcul du délai (de/ta_t) entre l'arrivée du deuxième ergol dans la chambre de combustion (5) et l'allumage du mélange d'ergols dans la chambre de combustion (5).
9. 9. Procédé de détection d'allumage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre les étapes suivantes :prévision de la fin (t_all_max) de la plage temporelle d'allumage en fonction dudit ensemble de conditions initiales ; détermination d'un non-allumage si ladite première variable de référence (PRGC _f _der) n'a pas encore atteint son seuil prédéterminé (PRGC _f _der_seuil) à la fin prévue (t_all_max) de la plage temporelle d'allumage.
10. 10. Procédé de détection d'allumage suivant la revendication 9, dans lequel une commande d'arrêt moteur est émise en cas de détermination d'un non-allumage.
11. 11. Système (19) de détection d'allumage d'un mélange d'ergols dans une chambre de combustion (5) d'un moteur à réaction (1), comprenant : un estimateur (F13) configuré pour prévoir au moins un début (t_all_debut) d'une plage temporelle d'allumage en fonction d'un ensemble de conditions initiales ; un premier module de calcul (F11), pouvant être connecté à au moins un premier capteur (16) installé dans la chambre de combustion (5) pour recevoir un signal correspondant à un premier paramètre physique (PRGC) mesuré par ce premier capteur (16), et configuré pour calculer une première variable de référence (PRGC _f _der) en fonction dudit signal ; et un module de détermination de l'allumage (F14), connecté audit estimateur (F13) et audit premier module de calcul (F11) pour recevoir le début prévu (t_all_debut) de la plage temporelle d'allumage et ladite première variable de référence (PRGC _f _der), et configuré pour déterminer l'allumage si ladite première variable de référence (PRGCJ _der) atteint un seuil prédéterminé (PRGC _f _der_seuil) après le début prévu (t_all_debut) de la plage temporelle d'allumage.
12. 12. Programme d'ordinateur configuré pour mettre en oeuvre un 30 procédé de détection d'allumage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10.
13. 13. Support de stockage de données contenant un programme d'ordinateur suivant la revendication 12 et configuré pour sa lecture par un dispositif informatique apte à mettre en oeuvre le programme 35 d'ordinateur.