FR3012418A1

FR3012418A1 - Procede de detection d'une panne d'une vanne de retour de carburant d'un circuit carburant d'un moteur d'aeronef

Info

Publication number: FR3012418A1
Application number: FR1360634A
Authority: FR
Inventors: Antoine Veyrat-Masson; Nicolas Gomes; Lauranne Mottet
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-01
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: FR3012418B1; US20160312706A1; WO2015063401A2; WO2015063401A3; US10036326B2

Abstract

L'invention concerne un procédé de détection d'une panne d'une vanne de retour de carburant d'un circuit carburant d'un moteur d'aéronef, ledit circuit carburant comprenant : un réservoir de carburant ; un système carburant moteur connecté au réservoir de carburant, ledit système carburant comprenant une pompe haute pression délivrant un débit Q, fonction d'un régime moteur dudit moteur, vers un vérin d'actionnement apte à actionner des géométries variables, une vanne de coupure apte à alimenter le vérin d'actionnement disposée dans une canalisation d'alimentation dudit moteur ; une canalisation de retour de carburant connectée d'une part en aval de la pompe haute pression et en amont de la vanne de coupure et d'autre part au réservoir de carburant ; une vanne de retour carburant agencée pour commuter entre une position ouverte et une position fermée, ladite vanne de retour carburant étant apte à obstruer, en position fermée, la canalisation de retour de carburant et à mettre en communication, en position ouverte, la canalisation de retour de carburant avec le réservoir de carburant ; le procédé comprenant les étapes suivantes, mises en œuvre dans un calculateur : démarrage du moteur à un régime moteur NO ; augmentation du régime moteur jusqu'à ce que le débit Q atteigne une valeur prédéterminée Q0 suffisante pour ouvrir la vanne de coupure ; mesure d'une part de la position du vérin d'actionnement et d'autre part du régime moteur N correspondant à l'ouverture de ladite vanne de coupure.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine général des architectures de circuit carburant des moteurs d'aéronef à retour carburant (en anglais, « Motive Flow ») piqué sur un système carburant moteur.

ETAT DE LA TECHNIQUE La figure 1 illustre une architecture carburant classique d'un moteur d'aéronef. Dans une telle architecture, une pompe 11 électrique, dite pompe avion, noyée dans un réservoir 10 de carburant permet d'envoyer du carburant dans un système carburant moteur 20 de l'aéronef par l'intermédiaire d'une canalisation d'alimentation 1. Le système carburant moteur 20 permet de produire de l'énergie hydraulique et d'alimenter en carburant le moteur (non représenté) (flèche M) ainsi que des vérins permettant de mouvoir des géométries variables (non représentées) (flèche GV). Cette pompe avion nécessite d'être alimentée de manière électrique.

Pour éviter d'avoir recours systématiquement à cette pompe avion, une pompe à jet 12 fonctionnant selon l'effet venturi est également noyée dans le réservoir 10 et permet de prendre le relais de la pompe avion sous certaines conditions. Cette pompe à jet 12 a besoin d'une source de puissance hydraulique qui est, de manière connue, fournie par une canalisation de retour 2 de carburant piquée sur le système carburant moteur 20. Cette canalisation de retour 2 permet d'envoyer dans la pompe à jet 12, du carburant sous pression prélevé dans le système carburant moteur 20. Pour ce faire, une vanne 30 de retour de carburant (en anglais, « Motive Flow Valve ») peut être positionnée le long de la canalisation de retour 2 afin de l'obstruer, sous certaines conditions dépendantes de la conception et des performances du système carburant et en particulier en fonction du régime N2 de rotation du moteur de l'aéronef. Il arrive parfois que la vanne présente un dysfonctionnement et reste bloquée en position ouverte de sorte qu'elle laisse envoyer du carburant issu du système carburant moteur 20 dans le réservoir de carburant 10 alors qu'elle ne devrait pas. Ceci engendre des dégradations des performances du moteur puisque le flux de carburant prélevé pour être envoyé dans le réservoir de carburant engendre une réduction du débit (pression) du flux envoyé dans le moteur. Il existe par conséquent un besoin de détecter une panne de la vanne de retour de carburant.35 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention répond à ce besoin et propose selon un premier aspect, un procédé de détection d'une panne d'une vanne de retour de carburant d'un circuit carburant d'un moteur d'aéronef, ledit circuit carburant comprenant : un réservoir de carburant ; un système carburant moteur connecté au réservoir de carburant, ledit système carburant comprenant une pompe haute pression délivrant un débit Q, fonction d'un régime moteur dudit moteur, vers un vérin d'actionnement apte à actionner des géométries variables, une vanne de coupure apte à alimenter le vérin d'actionnement disposée dans une canalisation d'alimentation dudit moteur ; une canalisation de retour de carburant connectée d'une part en aval de la pompe haute pression et en amont de la vanne de coupure et d'autre part au réservoir de carburant ; une vanne de retour carburant agencée pour commuter entre une position ouverte et une position fermée, ladite vanne de retour carburant étant apte à obstruer, en position fermée, la canalisation de retour de carburant et à mettre en communication, en position ouverte, la canalisation de retour de carburant avec le réservoir de carburant ; le procédé comprenant les étapes suivantes, mises en oeuvre dans un calculateur : démarrage du moteur à un régime moteur NO ; augmentation du régime moteur jusqu'à ce que le débit Q atteigne une valeur prédéterminée QO suffisante pour ouvrir la vanne de coupure ; mesure d'une part de la position du vérin d'actionnement et d'autre part du régime moteur N correspondant à l'ouverture de ladite vanne de coupure. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le procédé comprend une étape de comparaison du régime moteur N correspondant à l'ouverture de la vanne à un seuil prédéterminé ; - si le régime moteur N ainsi mesuré est supérieur au seuil prédéterminé, le procédé comprend une étape de détection d'une panne de la vanne de retour de carburant ; - si le régime moteur N ainsi mesuré est supérieur de 8% au seuil prédéterminé, le procédé comprend une étape de détection d'une panne de la vanne de retour de carburant ; - la position du vérin est mesurée par un capteur du type LVDT ; - la valeur prédéterminée QO de débit correspond à un seuil de tarage d'un ressort de la vanne de coupure; Selon un second aspect, l'invention propose un circuit carburant comprenant : un réservoir de carburant ; un système carburant moteur connecté au réservoir de carburant, ledit système carburant comprenant une pompe haute pression délivrant un débit Q, fonction d'un régime moteur dudit moteur, vers un vérin d'actionnement apte à actionner des géométries variables, une vanne de coupure apte à alimenter le vérin d'actionnement disposée dans une canalisation d'alimentation dudit moteur ; une canalisation de retour de carburant connectée d'une part en aval de la pompe haute pression et en amont de la vanne de coupure et d'autre part au réservoir de carburant ; une vanne de retour carburant agencée pour commuter entre une position ouverte et une position fermée, ladite vanne de retour carburant étant apte à obstruer, en position fermée, la canalisation de retour de carburant et à mettre en communication, en position ouverte, la canalisation de retour de carburant avec le réservoir de carburant ; un calculateur configuré pour mettre en oeuvre les étapes suivantes : démarrage du moteur à un régime moteur NO ; augmentation du régime moteur jusqu'à ce que le débit Q atteigne une valeur prédéterminée QO suffisante pour ouvrir la vanne de coupure ; mesure d'une part de la position du vérin d'actionnement et d'autre part du régime moteur N correspondant à l'ouverture de ladite vanne de coupure. De manière avantageuse, la pompe haute pression est une pompe volumétrique. Selon un troisième aspect, l'invention propose un aéronef comprenant un moteur alimenté en carburant par un circuit carburant selon le second aspect de l'invention.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels, outre la figure 1 déjà discutée : - la figure 2 illustre un schéma d'une partie d'un circuit carburant de l'invention avec une vanne de coupure en position fermée ; - la figure 3 illustre un schéma d'une partie d'un circuit carburant de l'invention avec une vanne de coupure en position ouverte ; - la figure 4 illustre schématiquement des étapes d'un procédé selon l'invention. - la figure 5 illustre une courbe illustrant l'évolution de la position d'un vérin en fonction d'un régime moteur d'un circuit carburant de l'invention.

Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En relation avec les figures 2 et 3, le système carburant 20 comprend une pompe haute pression 21 suivie en aval par une vanne de coupure 22 qui permet notamment d'assurer la montée en pression du système carburant 20. Cette vanne de coupure 22 s'ouvre lorsque le débit qui lui appliqué permet d'atteindre un seuil de tarage précisément connu de son ressort 22a. Elle permet d'une part la mise en mouvement d'un ou plusieurs vérin(s) 23 assurant le déplacement des géométries variables (non représentées) via une servovalve associée 24 reliée par une canalisation amont 25 à la pompe haute pression et par une canalisation aval 26 à la vanne de coupure 22 et d'autre part l'alimentation des moteurs (non représentés) par la mise en communication de ceux-ci avec la pompe haute pression 21. Le système carburant 20 comprend en outre en calculateur 28 connecté aux différents composants du système carburant 20 et assure son contrôle général à partir de différentes données, comme le régime moteur N souhaité ou le déplacement du piston 23a du vérin 23 mesuré par un capteur 23b (en anglais, « Linear Variable Displacement Transducer» (LVBDT)). Dans le mode de réalisation ici décrit un seul vérin 23 est illustré mais bien entendu dans le cas où il y a plusieurs vérins 23, chacun comprend un capteur 23b de mesure du déplacement du piston. En outre, une canalisation 27 de recirculation du débit de la vanne de coupure est reliée à la canalisation aval 26 au travers de la vanne de coupure 22. Bien entendu, le système carburant 20 comporte d'autres composants connus (par exemple des filtres, vannes, échangeurs,...) dont la description n'apparait toutefois pas nécessaire pour la compréhension de l'invention et qui ne sont donc pas représentés. Le gavage de la pompe haute pression 21 (de préférence une pompe volumétrique) étant assuré par une pompe basse pression (non représentée) située en amont, cette pompe haute pression 21 délivre un débit Q fonction du régime moteur N2 en direction du vérin 23 (via la servovalve 24) et de la vanne de coupure 22. Lorsque la vanne de coupure 22 est dans un état fermé (figure 2), la canalisation 26 entre la sortie de la servovalve 24 et la vanne de coupure 22 est obstruée par cette dernière. Le différentiel de pression aux bornes du vérin 23 est nul et les deux chambres de ce vérin étant à pression identique, le piston 23a est immobile ainsi que les géométries variables qu'il actionne.

Dès que la pression au niveau de la vanne de coupure 22 dépasse un seuil de tarage du ressort 22a, c'est-à-dire quand le débit qu'elle voit est suffisamment élevé, elle commute dans un état de pleine ouverture (figure 3) et la canalisation 26 entre la sortie de la servovalve 24 et la vanne de coupure 22 n'est plus obstruée. Le flux de carburant est alors à basse pression et le piston 23a est soumis à une pression différentielle (différentiel de pression non nul) qui le met en mouvement s'il est commandé par le calculateur 28, Le vérin étant équipé d'un capteur 23b LVDT, il est alors possible au moyen du calculateur 28 de détecter précisément l'instant où le piston est déplacé, correspondant donc à cette ouverture de la vanne de coupure 22, et de relever le régime moteur N2 associé.

Selon l'invention, pour détecter une panne de la vanne de retour de carburant, le demandeur a remarqué que le régime moteur pour lequel le vérin s'ouvre est lié à l'état de la vanne de retour de carburant. En effet, la vanne de coupure de déplace en fonction du débit qui la traverse (donc du régime) et lorsqu'elle atteint une certaine position, elle ouvre une lumière qui permet de libérer le mouvement du vérin. C'est seulement à ce moment que les géométries variables peuvent bouger et suivre leur consigne en position. Afin de ne pas contrarier ce fonctionnement, il convient de garder la vanne de retour de carburant fermée avant le mouvement de la vanne de coupure. En effet, le piquage du flux de carburant par la vanne de retour de carburant étant situé en amont de la vanne de coupure, le flux prélevé est un débit en moins qui la traverse et influe ainsi sur le régime qui l'actionne si jamais elle était ouverte au moment où les géométries variables bougent. C'est donc la détection d'un décalage du régime d'ouverture du vérin qui permet de détecter une panne de la vanne de retour de carburant. La détection d'une panne de la vanne de retour de carburant est mise en oeuvre dans le calculateur selon un procédé décrit ci-dessous en relation avec la figure 4. Le moteur est démarré (étape El) à un bas régime initial NO et la vanne de coupure 22 est fermée. Il est tout d'abord procédé depuis le calculateur 28 à la commande de mise en mouvement (étape E2) du vérin 23. Toutefois, la vanne de coupure étant fermée, le vérin ne peut répondre à cette commande et reste donc immobile. En parallèle à cette commande, le régime moteur N est augmenté (étape E3) progressivement. Tant que le débit envoyé sur la vanne de coupure 22 n'est pas suffisant, cette dernière reste fermée et le vérin 23 ne bouge pas. Quand le débit est suffisant (valeur déterminée QO correspondant au seuil de tarage du ressort 12A), la vanne de coupure 22 s'ouvre et le vérin 23 se met alors en mouvement.

Le régime moteur N correspondant à l'ouverture de la vanne de coupure 22 et donc au mouvement du vérin est relevé grâce au LVDT 23b du vérin 23 auquel le calculateur 28 est relié et stocké dans ce dernier (étape E4 et étape E5). Si le régime pour lequel le vérin commence son mouvement est supérieur à un seuil prédéterminé alors la vanne de retour de carburant est en panne et une panne est détectée (étape E6 et étape E7). Au contraire, si le régime pour lequel le vérin entre en mouvement est égal au seuil prédéterminé alors la vanne de retour de carburant fonctionne correctement. Ce seuil dépend de plusieurs facteurs et notamment du type de carburant utilisé, de la température du carburant, de tolérances de fabrication ainsi que du vieillissement des équipements. La figure 5 illustre en fonction du temps : - la variation 41 du régime moteur au cours du démarrage ; - la consigne de position 42 que le vérin 23 doit atteindre ; - l'évolution de la position 43 du vérin 23 au cours du démarrage lorsque la vanne de retour de carburant fonctionne correctement ; - l'évolution de la position 44 du vérin 23 au cours du démarrage lorsque la vanne de retour de carburant est en panne. On constate en relation avec la figure 5 que lors du démarrage du moteur, le vérin 23 est commandé pour rejoindre une consigne en position à un certain régime (courbe 41). Le vérin 23 est bloqué à sa position de repos (sur la figure 4 à 0) tant que la vanne de coupure ne s'est pas ouverte, normalement à un régime de X1% N2 par exemple. Si un mouvement du vérin 23 est détecté à partir de X1% N2, alors la vanne de retour de carburant n'est pas en panne (courbe 43) et si un mouvement du vérin 23 est détecté plus tard à au moins X2`)/01\12 (X2>X1) et de préférence à 8% plus tard que X1% N2 alors la vanne de retour de carburant est en panne (courbe 44). Typiquement, X1% vaut 22% et X2% vaut au moins 30%.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'une panne d'une vanne de retour de carburant d'un circuit carburant d'un moteur d'aéronef, ledit circuit carburant comprenant : un réservoir de carburant (10) ; un système carburant moteur (20) connecté au réservoir de carburant (10), ledit système carburant comprenant une pompe haute pression (21) délivrant un débit Q, fonction d'un régime moteur dudit moteur, vers un vérin d'actionnement (23) apte à actionner des géométries variables, une vanne de coupure (22) apte à alimenter le vérin d'actionnement (23) disposée dans une canalisation (28) d'alimentation dudit moteur ; une canalisation (2) de retour de carburant connectée d'une part en aval de la pompe haute pression (21) et en amont de la vanne de coupure (22) et d'autre part au réservoir de carburant (10) ; une vanne (30) de retour carburant agencée pour commuter entre une position ouverte et une position fermée, ladite vanne de retour carburant étant apte à obstruer, en position fermée, la canalisation de retour de carburant (2) et à mettre en communication, en position ouverte, la canalisation de retour de carburant (2) avec le réservoir de carburant (10) ; le procédé comprenant les étapes suivantes, mises en oeuvre dans un calculateur (28) : démarrage (El) du moteur à un régime moteur NO ; augmentation (E3) du régime moteur jusqu'à ce que le débit Q atteigne une valeur prédéterminée QO suffisante pour ouvrir la vanne de coupure (22); mesure (E4, E5) d'une part de la position du vérin d'actionnement (23) et d'autre part du régime moteur N correspondant à l'ouverture de ladite vanne de coupure (22).
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape (E6) de comparaison du régime moteur N correspondant à l'ouverture de la vanne à un seuil prédéterminé.
3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel si le régime moteur N ainsi mesuré est supérieur au seuil prédéterminé, le procédé comprend une étape (E7) de détection d'une panne de la vanne de retour de carburant.
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel si le régime moteur N ainsi mesuré est supérieur de 8% au seuil prédéterminé, le procédé comprend une étape (E7) de détection d'une panne de la vanne de retour de carburant.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la position du vérin est mesurée par un capteur du type LVDT.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la valeur prédéterminée QO de débit correspond à un seuil de tarage d'un ressort (22a) de la vanne de coupure (22). 10
7. Circuit carburant comprenant : un réservoir de carburant (10) ; un système carburant moteur (20) connecté au réservoir de carburant (10), ledit système carburant comprenant une pompe haute pression (21) délivrant un débit Q, 15 fonction d'un régime moteur dudit moteur, vers un vérin d'actionnement (23) apte à actionner des géométries variables, une vanne de coupure (22) apte à alimenter le vérin d'actionnement (23) disposée dans une canalisation (28) d'alimentation dudit moteur ; une canalisation (2) de retour de carburant connectée d'une part en aval de la pompe haute pression (21) et en amont de la vanne de coupure (22) et d'autre part au 20 réservoir de carburant (10) ; une vanne (30) de retour carburant agencée pour commuter entre une position ouverte et une position fermée, ladite vanne de retour carburant étant apte à obstruer, en position fermée, la canalisation de retour de carburant (2) et à mettre en communication, en position ouverte, la canalisation de retour de carburant (2) avec le réservoir de carburant 25 (10) ; un calculateur (28) configuré pour mettre en oeuvre les étapes suivantes : démarrage (El) du moteur à un régime moteur NO ; augmentation (E3) du régime moteur jusqu'à ce que le débit Q atteigne une valeur prédéterminée QO suffisante pour ouvrir la vanne de coupure (22); 30 mesure (E4, E5) d'une part de la position du vérin d'actionnement (23) et d'autre part du régime moteur N correspondant à l'ouverture de ladite vanne de coupure (22).
8. Circuit carburant selon la revendication précédente, dans lequel la pompe haute pression (21) est une pompe volumétrique. 35
9. Aéronef comprenant un moteur alimenté en carburant par un circuit carburant selon l'une des revendications 7 à 8.