FR3017655A1 - Turboreacteur comportant un systeme de prelevement destine a prelever de l'air dans ledit turboreacteur - Google Patents

Turboreacteur comportant un systeme de prelevement destine a prelever de l'air dans ledit turboreacteur Download PDF

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Description

La présente invention concerne un turboréacteur d'aéronef comportant un système de prélèvement d'air dudit turboréacteur, un aéronef comportant au moins un tel turboréacteur, et un procédé de commande d'un tel turboréacteur. La Fig. 1 montre un turboréacteur 10 à double flux d'aéronef équipé d'un système de prélèvement 100 de l'état de la technique qui est destiné à prélever de l'air dans le turboréacteur 10 et à le délivrer à un système d'air 60, comme par exemple, le système d'air conditionné 60 de la cabine de l'aéronef. Le turboréacteur 10 comporte: - une soufflante 12 destinée à générer un flux d'air dans le turboréacteur 10 selon une direction de déplacement 50 de l'air dans le turboréacteur, où de manière connue, le flux d'air se déplace ensuite en aval de la soufflante dans une veine primaire du turboréacteur 10 ou bien dans une veine secondaire de ce dernier, - un compresseur 14 qui comporte un compresseur basse pression 16 en aval de la soufflante 12 et un compresseur haute pression 18 disposé en aval du compresseur basse pression 16, - une turbine 20 qui comporte une turbine haute pression 22 en aval du compresseur haute pression 18, et une turbine basse pression 24 en aval de la turbine haute pression 22. L'air poussé par la soufflante et transitant dans la veine primaire passe successivement à travers le compresseur basse pression 16, le compresseur haute pression 18, la turbine haute pression 22, et la turbine basse pression 24 pour être éjectée vers l'extérieur. Entre le compresseur haute pression 18 et la turbine haute pression 22, l'air traverse une chambre de combustion 26.
Le compresseur haute pression 18 comporte plusieurs étages de compression où la pression augmente, de l'amont vers l'aval selon la direction de déplacement 50, d'une basse pression au niveau du premier étage, à une haute pression au niveau du dernier étage, en passant par une pression intermédiaire au voisinage de l'étage du milieu.
Le système de prélèvement 100 comporte: - une première prise d'air 102 destinée à prélever, dans le compresseur haute pression 18, de l'air à la pression intermédiaire, - une deuxième prise d'air 104 destinée à prélever, dans le compresseur haute pression 18, de l'air à haute pression, - une valve anti-retour 106 reliée fluidiquement à la première prise d'air 102 et qui empêche l'air de se diriger vers ladite première prise d'air 102, - une valve haute pression 108 reliée fluidiquement à la deuxième prise d'air 104 et commandée alternativement en ouverture ou en fermeture, - une valve de régulation 110 destinée à réguler la pression du flux d'air qui la traverse, la sortie de la valve haute pression 108 et la sortie de la valve anti-retour 106 étant reliées fluidiquement à une même entrée de la valve de régulation 110, - un refroidisseur 112 destiné à refroidir l'air qui le traverse, la sortie de la valve de régulation 110 étant reliée fluidiquement à une entrée du refroidisseur 112 et une sortie du refroidisseur 112 étant reliée fluidiquement au système d'air 60 de l'aéronef, - un contrôleur 114 destiné à commander la valve haute pression 108 et la valve de régulation 110. L'air nécessaire au refroidissement effectué dans le refroidisseur 112 est prélevé au travers d'une canalisation 116 arrangée en aval de la soufflante 12 dans la veine d'air secondaire du turboréacteur 10. La pression d'air en sortie du refroidisseur 112 doit être compatible avec la pression d'air qui doit être injectée dans le système d'air 60. Typiquement, dans le cas d'une cabine pressurisée, la pression d'air doit être comprise entre 137895,14 Pa (20 psia) et 206842,72 Pa (30 psia).
Ainsi, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 102 est supérieure à un premier seuil, typiquement 275790,29 Pa (40 psia), l'air nécessaire au fonctionnement du système de prélèvement 100 est prélevé au niveau de la première prise d'air 102, et lorsque la pression dans le système de prélèvement 100 est inférieure à un deuxième seuil, typiquement 206842,72 Pa (30 psia), l'air nécessaire au fonctionnement du système de prélèvement 100 est prélevé au niveau de la deuxième prise d'air 104. A cette fin, un capteur de pression capte la valeur de la pression au niveau de la première prise d'air 102 et un autre capteur de pression 111 capte la valeur de la pression dans le système de prélèvement 100. Un tel capteur de pression 111 est par exemple installé en aval de la jonction entre la sortie de la valve anti-retour 106 et la sortie de la valve haute pression 108. Le fonctionnement du système de prélèvement 100 est alors le suivant: - lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 102 est supérieure à un premier seuil, le contrôleur 114 commande la fermeture de la valve haute pression 108, - l'air est alors prélevé au niveau de la première prise d'air 102, traverse la valve anti-retour 106 et alimente la valve de régulation 110, - lorsque la pression dans le système de prélèvement 100 est inférieure au deuxième seuil, le contrôleur 114 commande l'ouverture de la valve haute pression 108, - l'air est alors prélevé au niveau de la deuxième prise d'air 104, traverse la valve fo haute pression 108 et alimente la valve de régulation 110 et la valve anti-retour 106 empêche le retour de l'air dans le turboréacteur 10, - le contrôleur 114 commande la valve de régulation 110 selon la pression d'air à obtenir, - l'air en sortie de la valve de régulation 110 traverse le refroidisseur 112 puis 15 alimente le système d'air 60. Une telle implantation ne donne pas toujours satisfaction en termes de consommation d'énergie. Un objet de la présente invention est de proposer un turboréacteur comportant un système de prélèvement et qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et 20 qui en particulier permet une réduction de consommation. A cet effet, est proposé un turboréacteur comportant un compresseur basse pression, un compresseur haute pression à plusieurs étages de compression où la pression augmente, de l'amont vers l'aval selon une direction de déplacement de l'air, d'une basse pression à une haute pression, et un système de prélèvement destiné à 25 prélever de l'air dans le turboréacteur et à le délivrer à un système d'air, le système de prélèvement comportant une deuxième prise d'air destinée à prélever, dans le compresseur haute pression, de l'air à haute pression, ledit système de prélèvement comprenant en outre - une première prise d'air destinée à prélever de l'air à basse pression, 30 - une première valve dont l'entrée est reliée fluidiquement à la première prise d'air, - une deuxième valve dont l'entrée est reliée fluidiquement à la première prise d'air, - un compresseur dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la deuxième valve, - une valve anti-retour dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la première valve et à la sortie du compresseur, et qui empêche l'air de se diriger vers le compresseur et la première valve, - une valve haute pression reliée fluidiquement à la deuxième prise d'air, - un refroidisseur destiné à refroidir l'air qui le traverse, la sortie de la valve haute pression étant reliée fluidiquement à une entrée du refroidisseur, - une valve de régulation destinée à réguler la pression du flux d'air qui la traverse, la sortie du refroidisseur et la sortie de la valve anti-retour étant reliées fluidiquement à une même entrée de la valve de régulation, et une sortie de la valve de régulation étant reliée fluidiquement au système d'air, - un contrôleur destiné à commander, en ouverture et en fermeture, la valve haute pression, la première valve, la deuxième valve et la valve de régulation, et - un capteur de pression destiné à capter la valeur de la pression au niveau de la première prise d'air et à transmettre une information relative à cette pression au contrôleur. Cette disposition particulière permet de réduire la consommation de carburant. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 montre un turboréacteur à double flux d'aéronef équipé d'un système de prélèvement selon l'état de la technique, la Fig. 2 montre un turboréacteur à double flux d'aéronef équipé d'un système de prélèvement selon un premier mode de réalisation de l'invention, la Fig. 3 montre un turboréacteur à double flux d'aéronef équipé d'un système de prélèvement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et la Fig. 4 montre un aéronef comportant un turboréacteur à double flux selon 30 l'invention. La Fig. 4 montre un aéronef 400 équipé d'un turboréacteur 10 à double flux. La Fig. 2 et la Fig. 3 montrent le turboréacteur 10 équipé d'un système de prélèvement 200, 300 selon l'invention qui est destiné à prélever de l'air dans le turboréacteur 10 et à le délivrer à un système d'air 60, comme par exemple, le système d'air conditionné 60 de la cabine de l'aéronef. Le turboréacteur 10 comporte les mêmes éléments que celui de la Fig. 1, en particulier un compresseur basse pression 16 et un compresseur haute pression 18. Ces éléments portent les mêmes références. Le compresseur haute pression 18 comporte plusieurs étages de compression où la pression augmente, de l'amont vers l'aval selon une direction de déplacement de l'air 50 dans le turboréacteur, d'une basse pression au niveau du premier étage, à une haute pression au niveau du dernier étage.
Le système de prélèvement 200 de la Fig. 2 comporte: - une première prise d'air 202 destinée à prélever de l'air à basse pression, - une deuxième prise d'air 204 destinée à prélever, dans le compresseur haute pression 18, de l'air à haute pression, - une première valve 215 dont l'entrée est reliée fluidiquement à la première prise d'air 202, et commandée alternativement en ouverture ou en fermeture, - une deuxième valve 216 dont l'entrée est reliée fluidiquement à la première prise d'air 202, et commandée alternativement en ouverture ou en fermeture, - un compresseur 218 dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la deuxième valve 216, - une valve anti-retour 206 dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la première valve 215 et à la sortie du compresseur 218, et qui empêche l'air de se diriger vers le compresseur 218 et la première valve 215, - une valve haute pression 208 reliée fluidiquement à la deuxième prise d'air 204 et commandée alternativement en ouverture ou en fermeture, - un refroidisseur 212 destiné à refroidir l'air qui le traverse, la sortie de la valve haute pression 208 étant reliée fluidiquement à une entrée du refroidisseur 212, - une valve de régulation 210 destinée à réguler la pression du flux d'air qui la traverse, la sortie du refroidisseur 212 et la sortie de la valve anti-retour 206 étant reliées fluidiquement à une même entrée de la valve de régulation 210, et une sortie de la valve de régulation 210 étant reliée fluidiquement au système d'air 60 de l'aéronef, et - un contrôleur 214 destiné à commander en ouverture et en fermeture la valve haute pression 208, la première valve 215, la deuxième valve 216 et la valve de régulation 210 en fonction de la pression au niveau de la première prise d'air 202.
La première prise d'air 202 est disposée de manière à prélever de l'air basse pression au niveau des étages basse pression du compresseur haute pression 18 ou au niveau du compresseur basse pression 16. L'air nécessaire au refroidissement effectué dans le refroidisseur 212 est prélevé ici au travers d'une canalisation 116 arrangée en aval de la soufflante 12 dans la veine d'air secondaire du turboréacteur 10. La pression d'air en sortie de la valve de régulation 210 doit être compatible avec la pression d'air qui doit être injectée dans le système d'air 60. Typiquement, dans le cas d'une cabine pressurisée, la pression d'air doit être comprise entre 137895,14 Pa (20 psia) et 206842,72 Pa (30 psia). Le contrôleur 214 commande alors l'ouverture de la valve de régulation 210 selon la pression à délivrer. Typiquement, dans un turboréacteur 10 en régime de décollage, la pression de l'air au niveau de la première prise d'air 202, c'est-à-dire la basse pression, est de l'ordre de 206842,72 Pa (30 psia), et au ralenti, la pression de l'air au niveau de la deuxième prise d'air 204, c'est-à-dire la haute pression, est de l'ordre de 137895,14 Pa (20 psia). Ainsi, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est supérieure à un premier seuil, typiquement de l'ordre 137895,14 Pa (20 psia), l'air nécessaire au fonctionnement du système de prélèvement 200 est prélevé au niveau de la première prise d'air 202, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au premier seuil et supérieure à un deuxième seuil, typiquement de l'ordre de 103421,36 Pa (15 psia), l'air nécessaire au fonctionnement du système de prélèvement 200 est prélevé au niveau de la première prise d'air 202 et comprimé par le compresseur 218, et lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au deuxième seuil, l'air nécessaire au fonctionnement du système de prélèvement 200 est prélevé au niveau de la deuxième prise d'air 204. A cette fin, un capteur de pression 203 capte la valeur de la pression au niveau de la première prise d'air 202 et transmet l'information relative à cette pression au contrôleur 214 afin que celui-ci commande les ouvertures et fermetures des valves 30 appropriées. Ainsi, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est supérieure au premier seuil, le contrôleur 214 commande l'ouverture de la première valve 215, la fermeture de la deuxième valve 216, et la fermeture de la valve haute pression 208.
L'air provenant de la première prise d'air 202 traverse alors successivement la première valve 215, la valve anti-retour 206, la valve de régulation 210 et il est conduit au système d'air 60. Ainsi, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au premier seuil et supérieure au deuxième seuil, le contrôleur 214 commande la fermeture de la première valve 215, l'ouverture de la deuxième valve 216, et la fermeture de la valve haute pression 208. L'air provenant de la première prise d'air 202 traverse alors successivement la deuxième valve 216, le compresseur 218, la valve anti-retour 206, la valve de régulation 210 et il est conduit au système d'air 60. Ainsi, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au deuxième seuil, le contrôleur 214 commande la fermeture de la première valve 215, la fermeture de la deuxième valve 216, et l'ouverture de la valve haute pression 208. L'air provenant de la deuxième prise d'air 204 traverse alors successivement la valve haute pression 208, le refroidisseur 212, la valve de régulation 210 et il est conduit au système d'air 60. La valve anti-retour 206 empêche alors l'air provenant du refroidisseur 212 de retourner vers la première prise d'air 202. Un procédé de commande du turboréacteur 10 comporte ainsi: - une première étape de commande au cours de laquelle le contrôleur 214 commande l'ouverture de la première valve 215, la fermeture de la deuxième valve 216, et la fermeture de la valve haute pression 208, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est supérieure au premier seuil, - une deuxième étape de commande au cours de laquelle le contrôleur 214 commande la fermeture de la première valve 215, l'ouverture de la deuxième valve 216, et la fermeture de la valve haute pression 208, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au premier seuil et supérieure au deuxième seuil, et - une troisième étape de commande au cours de laquelle le contrôleur 214 commande la fermeture de la première valve 215, la fermeture de la deuxième valve 216, et l'ouverture de la valve haute pression 208, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au deuxième seuil. Ces trois étapes sont alternatives et le contrôleur 214 effectue l'une ou l'autre après avoir comparé la valeur de la pression mesurée par le capteur de pression 203 par rapport au premier seuil et au deuxième seuil.
Le déplacement de la prise d'air de la pression intermédiaire à la basse pression permet d'économiser du carburant lors du décollage, de la montée et du vol de croisière. Selon l'architecture du turboréacteur 10, l'économie peut aller de 0,7% à 1,7%.
Dans le mode de réalisation de l'invention de la Fig. 2, le compresseur 218 est entraîné par une source de puissance électrique de l'aéronef. La Fig. 3 montre un système de prélèvement 300, dans lequel le compresseur 218 est entraîné à l'aide d'un prélèvement d'air réalisé au sein dudit système de prélèvement 300.
Le système de prélèvement 300 comporte alors également: - une valve de compression 302 dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la deuxième valve 216, et - une turbine 304 dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la valve de compression 302 et qui est destinée à entraîner le compresseur 218.
Le contrôleur 214 est alors également prévu pour commander la valve de compression 302 en ouverture et en fermeture. Le fonctionnement du système de prélèvement 300 est alors identique à celui du premier mode de réalisation lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est supérieure au premier seuil et lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au deuxième seuil. Le contrôleur 214 commande alors la fermeture de la valve de compression 302. Par contre, lorsque la pression au niveau de la première prise d'air 202 est inférieure au premier seuil et supérieure au deuxième seuil, le contrôleur 214 commande la fermeture de la première valve 215, l'ouverture de la deuxième valve 216, la fermeture de la valve haute pression 208 et l'ouverture de la valve de compression 302. Au cours de la deuxième étape de commande, le contrôleur 214 commande en outre l'ouverture de la valve de compression 302. L'air provenant de la première prise d'air 202 traverse alors successivement la deuxième valve 216, le compresseur 218, la valve anti-retour 206, la valve de régulation 210 et il est conduit au système d'air 60, tandis qu'une partie de l'air est prélevée en sortie de la deuxième valve 216 pour traverser la valve de compression 302 et ainsi alimenter la turbine 304.
Le contrôleur 214 régule l'ouverture de la valve de compression 302 pour répartir l'air entre le compresseur 218 et la turbine 304. Selon un mode de réalisation particulier, 66% de l'air provenant de la deuxième valve 216 passent par le compresseur 218 et 33% passent par la turbine 304.5

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1) Turboréacteur (10) comportant un compresseur basse pression (16), un compresseur haute pression (18) à plusieurs étages de compression où la pression augmente, de l'amont vers l'aval selon une direction de déplacement de l'air (50), d'une basse pression à une haute pression, et un système de prélèvement (200, 300) destiné à prélever de l'air dans le turboréacteur (10) et à le délivrer à un système d'air (60), le système de prélèvement (200, 300) comportant une deuxième prise d'air (204) destinée à prélever, dans le compresseur haute pression (18), de l'air à haute pression, caractérisé en ce que ledit système de prélèvement (200, 300) comprend en outre - une première prise d'air (202) destinée à prélever de l'air à basse pression, - une première valve (215) dont l'entrée est reliée fluidiquement à la première prise d'air (202), - une deuxième valve (216) dont l'entrée est reliée fluidiquement à la première prise d'air (202), - un compresseur (218) dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la deuxième valve (216), - une valve anti-retour (206) dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la première valve (215) et à la sortie du compresseur (218), et qui empêche l'air de se diriger vers le compresseur (218) et la première valve (215), - une valve haute pression (208) reliée fluidiquement à la deuxième prise d'air (204), - un refroidisseur (212) destiné à refroidir l'air qui le traverse, la sortie de la valve haute pression (208) étant reliée fluidiquement à une entrée du refroidisseur (212), - une valve de régulation (210) destinée à réguler la pression du flux d'air qui la traverse, la sortie du refroidisseur (212) et la sortie de la valve anti-retour (206) étant reliées fluidiquement à une même entrée de la valve de régulation (210), et une sortie de la valve de régulation (210) étant reliée fluidiquement au système d'air (60), - un contrôleur (214) destiné à commander, en ouverture et en fermeture, la valve haute pression (208), la première valve (215), la deuxième valve (216) et la valve de régulation (210), et- un capteur de pression (203) destiné à capter la valeur de la pression au niveau de la première prise d'air (202) et à transmettre une information relative à cette pression au contrôleur (214).
  2. 2) Turboréacteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première prise d'air (202) est disposée de manière à prélever de l'air basse pression au niveau des étages basse pression du compresseur haute pression (18).
  3. 3) Turboréacteur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première prise d'air (202) est disposée de manière à prélever de l'air basse pression au niveau du compresseur basse pression (16).
  4. 4) Turboréacteur (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de prélèvement comporte en outre: - une valve de compression (302) dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la deuxième valve (216), et qui est commandée en ouverture et en fermeture par le contrôleur (214), et - une turbine (304) dont l'entrée est reliée fluidiquement à la sortie de la valve de compression (302) et qui est destinée à entraîner le compresseur (218), - le contrôleur (214) étant prévu pour commander en outre l'ouverture ou la fermeture de la valve de compression (302).
  5. 5) Aéronef (400) comportant au moins un turboréacteur (10) selon l'une des revendications précédentes.
  6. 6) Procédé de commande d'un turboréacteur (10) selon l'une des revendications 1 à 4, le procédé de commande comportant: - une première étape de commande au cours de laquelle le contrôleur (214) commande l'ouverture de la première valve (215), la fermeture de la deuxième valve (216), et la fermeture de la valve haute pression (208), lorsque la pression au niveau de la première prise d'air (202) est supérieure à un premier seuil, - une deuxième étape de commande au cours de laquelle le contrôleur (214) commande la fermeture de la première valve (215), l'ouverture de la deuxième valve (216), et la fermeture de la valve haute pression (208), lorsque la pression au niveaude la première prise d'air (202) est inférieure au premier seuil et supérieure à un deuxième seuil, et - une troisième étape de commande au cours de laquelle le contrôleur (214) commande la fermeture de la première valve (215), la fermeture de la deuxième valve (216), et l'ouverture de la valve haute pression (208), lorsque la pression au niveau de la première prise d'air (202) est inférieure au deuxième seuil.
  7. 7) Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque le turboréacteur (10) comporte une valve de compression (302) et une turbine (304), le contrôleur (214) commande l'ouverture de la valve de compression (302) au cours de 10 la deuxième étape de commande.
  8. 8) Procédé de commande selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le premier seuil est de l'ordre de 137895,14 Pa (20 psia).
  9. 9) Procédé de commande selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le deuxième seuil est de l'ordre de 103421,36 Pa (15 psia). 15
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