FR3053396A1 - Dispositif de dosage de carburant et procede associe - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination d'un débit reconstruit, pour régulation étant mise en œuvre à l'aide d'un dispositif de régulation comprenant un bloc hydraulique (100) comprenant une valve de dosage (130) et une soupape de régulation (140), un capteur de température (160), un débitmètre (150), un module de mémoire (120), une unité de calcul (200), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - (E1) mesure de la température et/ou de la position de la pièce mobile (138), et/ou du débit, - (E2) récupération de données relatives à un écart de pression (ΔP) maintenu aux bornes de la valve de dosage (130) par la soupape de régulation (140) en fonction de la température (T) et/ou de données relatives à des caractéristiques mécaniques propres à la valve de dosage (130) en fonction de la position de la pièce mobile (138) de dosage, et/ou relatives au débit massique corrigé en fonction de la température et/ou du débit massique mesuré, lesdites données étant stockées dans le module de mémoire (120),

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L'invention concerne le domaine des unités de dosage de carburant sur les moteurs d'aéronefs, en particulier les turbomachines.
Les moteurs actuels sont équipés d'une unité de dosage carburant, un bloc hydraulique nommé plus communément FMU (« Fuel Metering Unit »).
Le bloc hydraulique communalise plusieurs fonctions. Il assure le dosage du carburant, c'est-à-dire l'information de débit qui découle d'un besoin dicté par une unité de contrôle de l'aéronef en fonction de la phase de vol, avec la précision relative exigée. Il permet aussi la coupure de carburant suite à commande pilote, et la coupure et/ou régulation du débit carburant dans le cas d'urgence d'une survitesse détectée par un capteur de régime de la partie haute et/ou basse pression du moteur.
Enfin, il maintient un niveau de pression minimal dans le circuit carburant et permet la commande des géométries variables actionnées avec la puissance disponible dans le circuit.
ETAT DE L'ART
Comme illustré en figure 1, un bloc hydraulique B, piloté par une unité de contrôle 10 du moteur de l'aéronef est composé de plusieurs sous-systèmes :
- une valve de dosage 12 ou FMV pour « Fuel Metering Valve », qui a pour principale fonction de contrôler le débit d'injection par l'obturation graduelle d'une fente calibrée de passage de carburant à l'aide d'une pièce mobile, généralement appelé obturateur,
- une servovalve 14 reliée au doseur permettant la mise en mouvement de la valve 12,
- un capteur de position 16 associé à cette vanne 12 (FMV) pour communiquer sa position au calculateur en temps réel,
- une soupape de régulation 18 ou « By-pass Valve », assurant une recirculation de carburant non injecté (en fonction de la demande de débit). La soupape 18 sert aussi à maintenir constant le différentiel de pression de carburant ΔΡ entre l'amont et l'aval de la valve de dosage 12, elle consiste typiquement en un dispositif purement passif comprenant un obturateur mobile agissant contre l'action d'un ressort taré sur une valeur prédéterminée du différentiel ΔΡ à maintenir. L'obturateur est généralement perforé de manière à évacuer du carburant sur une canalisation menant à la boucle de recirculation, en fonction de sa position d'équilibre contre l'action du ressort,
- un clapet stop 20 ou HPSOV pour « High Pressure Shut-off Valve », permettant l'injection ou non du carburant,
- Une servovalve 22 associée, qui commande le clapet stop et donc l'injection de carburant
- Un solénoïde 24, appelé OSS pour « Overspeed Solenoid », qui assure une fonction redondante d'arrêt d'injection de carburant, utilisée en cas d'urgence.
La valve de dosage 12 constitue une vanne pilotée pour doser le débit de carburant envoyé aux injecteurs de la chambre de combustion du moteur.
Le bloc hydraulique B alimente ainsi un moteur M en carburant.
Tous ces différents éléments fonctionnent en interrelation, sur commande de l'unité de calcul 10 qui les pilotent un par un.
Les flèches en pointillés symbolisent des transferts d'information. Les flèches pleines symbolisent des transferts de fluides (carburant).
Le bloc hydraulique B bénéficie d'un circuit carburant associé provisionnant une alimentation en carburant par un système de pompage 26 associé depuis un réservoir 28.
Un circuit carburant interne à l'équipement permet en outre l'actionnement hydraulique des actionneurs impliqués dans le fonctionnement du bloc hydraulique.
Un débitmètre 30 est intégré dans le périmètre moteur, afin de permettre de connaître la consommation de carburant en sortie du bloc hydraulique B.
Pour ajuster la consigne de débit, il est nécessaire de calculer un débit dit recalculé Qr. Ce débit correspond au débit théorique traversant la valve de dosage. En particulier, la relation fondamentale suivante est utilisée :
Qr = KsSyfpÂP
Ks est un paramètre considéré comme lié à la géométrie de la valve, S est la section de passage, p est la masse volumique et ΔΡ est l'écart de pression aux bornes de la valve de dosage.
Des tests en banc d'essai permettent de caractériser Ks qui est considéré comme constant par la suite, p et ΔΡ sont fixées comme constantes, et S est calculé à partir de la position de l'obturateur.
Durant toute la vie du bloc hydraulique B, ces données seront utilisées. Il en résulte des imprécisions importantes.
Lors d'études approfondies, le Demandeur, a constaté par exemple que le taux d'erreur du système de dosage était aux alentours de 10%. Ce taux d'erreur est dû à plusieurs facteurs, comme la densité du carburant qui n'est jamais identique en fonction des carburants utilisés, en fonction des mélanges dans les réservoirs ou encore des impuretés. En outre, les températures de fonctionnement moteur peuvent dépasser les températures de test de caractérisation de la loi de commande.
Des solutions existent pour tenter d'améliorer la précision de l'injection de carburant.
Le document US5305597 propose une méthode de calcul de la densité du carburant, en mesurant le débit massique et en déterminant un débit massique à partir d'une densité standard multiplié par le débit volumique, lui-même obtenu à partir de la mesure de la section de la valve de dosage. En divisant les deux signaux, on obtient un coefficient sans dimension. S'il est jugé stable (par des critères définis dans le document), ce coefficient est utilisé pour calculer le débit massique effectif et le comparer à la demande en débit massique, pour ensuite corriger la position de la valve jusqu'à ce que les deux données coïncident. Mais cette méthode suppose que le débit volumique déterminé est correct.
Or, ce dernier dépend de Ks, de S et de ΔΡ. Le document
WO2011128573A1 propose une alternative à US5305597 en combinant deux signaux pour améliorer la précision du dosage du carburant d'une turbomachine, à savoir d'une part un signal élaboré à partir de la position du tiroir du dispositif de dosage (i.e. signal utilisé classiquement pour la régulation du débit de carburant) et d'autre part un signal délivré par un débitmètre apte à mesurer le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion.
Le document EP1510795 propose d'utiliser aussi ces deux mêmes données, mais pour générer un vecteur de correction des valeurs de consigne de débit et de position de la valve de dosage.
Le document WO2012056142décrit un procédé de commande de la position d'un tiroir d'un dispositif de dosage de carburant, ayant pour but d'améliorer la précision de la commande même en cas de panne du débitmètre. Il utilise différents tests fondés sur la température, la permittivité et le débit, pour déterminer quelle valeur de débit massique est la plus adéquate.
Enfin, le document WO2013190237 enseigne d'utiliser la mesure de débit pour calculer un signal correctif.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention propose de mieux connaître les valeurs utilisées pour déterminer le débit recalculé.
De ce fait, les deux éléments que sont le débitmètre et le bloc hydraulique n'ont aujourd'hui aucune synergie commune, l'information de débit n'étant pas utilisée pour la régulation du débit en vol mais seulement pour évaluer la consommation de carburant, ainsi que la présence de fuites de carburant au cours de l'approvisionnement.
En effet, l'évaluation du débit massique pour le moteur n'est qu'une estimation réalisée à partir d'une position de la valve de dosage.
Le débitmètre n'est aujourd'hui pas caractérisé individuellement, c'est un équipement dont les caractéristiques intrinsèques sont fixées à l'échelle d'une série. L'avion utilise ces valeurs moyennes de temps de réponse et précision.
Le problème technique que l'on se propose donc de résoudre ici est d'améliorer significativement la précision de dosage du système global.
L'invention propose un procédé de détermination d'un débit reconstruit pour optimisation de la régulation de carburant pour aéronef, ladite régulation étant mise en oeuvre à l'aide d'un dispositif de régulation comprenant un bloc hydraulique comprenant une valve de dosage et une soupape de régulation, la valve de dosage permettant de générer un débit passant en fonction notamment de la position d'une pièce mobile de dosage, la soupape de régulation étant configurée pour maintenir un écart de pression prédéterminé aux bornes de la valve de dosage afin notamment de contrôler le débit au travers de la valve de dosage, un capteur de température, un débitmètre pour mesurer le débit massique de carburant sortant du bloc hydraulique, un module de mémoire, une unité de calcul, dans lequel le procédé comprend les étapes suivantes :
- (El) mesure de la température et/ou respectivement de la position de la pièce mobile, et/ou respectivement du débit,
- (E2) récupération de données relatives à un écart de pression maintenu aux bornes de la valve de dosage par la soupape de régulation en fonction de la température, et/ou respectivement à des caractéristiques mécaniques propres à la valve de dosage en fonction de la position de la pièce mobile de dosage, et/ou respectivement au débit massique corrigé en fonction de la température et/ou du débit massique mesuré, lesdites données étant stockées dans le module de mémoire,
- (E3) détermination d'un débit reconstruit à partir des données récupérées.
En particulier, le débit Q passant au travers de la valve de dosage s'exprime de la façon suivante :
Q = Ks x S x fp x ΔΡ où Ks est fonction de la valve de dosage et S est la section de passage qui est fonction de la position de la pièce mobile de dosage, ΔΡ est l'écart de pression maintenu par la soupape de régulation, p est la masse volumique, dans lequel le module de mémoire comprend les valeurs de Ks x S en fonction de valeurs de la position de pièce mobile.
L'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- les trois mesures et les trois récupérations de données sont effectuées,
- les données stockées ont été générées en banc d'essai préalablement,
- les données sont connues pour toute température et toute position de la pièce mobile de dosage, ou toute température et tout débit, ou toute position de la pièce mobile de dosage et tout débit, ou toute température et toute position de la pièce mobile de dosage et tout débit.
- le procédé comprend une étape de mesure du débit massique (El') et une étape de calcul (E2') de la masse volumique du carburant, et dans lequel l'étape de détermination (E3) du débit reconstruit utilise la masse volumique calculée,
- le débit utilisé pour le calcul de la masse volumique est le débit corrigé obtenu à l'aide des données stockées dans le module de mémoire (120).
L'invention propose aussi un procédé de génération d'une consigne de débit de carburant, dans lequel la consigne de débit de carburant est calculée en prenant en compte le débit recalculé à l'aide d'un procédé tel que décrits précédemment.
Additionnellement, l'invention propose un procédé de stockage de données sur un module de mémoire tel que défini précédemment, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
- Obtention de mesures relatives à la valve de dosage, de la soupape de régulation et/ou au débitmètre sur un banc d'essai,
- Génération de lois relatives à ces mesures,
- Stockage desdites lois sur le module de mémoire.
Enfin, l'invention propose un module de mémoire stockant des lois relatives au fonctionnement de la valve et/ou du débitmètre et/ou de la soupape de régulation, ledit module étant configuré pour être implémenté dans un dispositif tel que présenté précédemment.
L'invention propose un aussi dispositif de régulation de carburant pour aéronef comprenant un bloc hydraulique, ledit bloc hydraulique comprenant :
- une valve de dosage, permettant de contrôler un débit passant en fonction d'une position d'une pièce mobile (138) de dosage,
- une soupape de régulation disposée en amont de la valve de dosage,
- une carte électronique, configurée pour envoyer des consignes de dosage à la valve sur consigne d'une unité de contrôle d'un aéronef, le dispositif comprenant en outre un capteur de température, et un débitmètre massique, dans lequel le dispositif comprend un module de mémoire relié à la carte électronique et stockant une caractérisation de l'écart de pression maintenu aux bornes de la valve de dosage par la soupape de régulation en fonction de la température et/ou une caractérisation mécanique propre à la valve de dosage en fonction de la position de la pièce mobile de dosage, et/ou une caractérisation d'un débit massique corrigé en fonction du débit massique mesuré et/ou de la température.
Avantageusement le bloc hydraulique est monté dans un boîtier, et dans lequel le débitmètre et/ou le capteur de température est logé dans le même boîtier, de façon à former un bloc isolé.
L'invention propose aussi un ensemble comprenant un dispositif de régulation de carburant tel que décrit précédemment et une unité de contrôle électronique, dans lequel la carte électronique et l'unité de contrôle électronique sont reliées par un harnais de connexion, et dans lequel la carte électronique est configurée pour recevoir des consignes de dosage depuis l'unité de contrôle électronique.
Préférablement, la liaison électronique entre l'unité de contrôle et la carte de dosage est la seule entrée du dispositif de dosage.
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 :
- La figure 1 représente une architecture de bloc hydraulique tel que connue de l'art antérieur,
- La figure 2 représente une architecture conforme à un mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
En référence à la figure 2, un dispositif de régulation de carburant va être décrit. Ce dispositif permet de gérer l'alimentation en carburant d'une turbine à gaz d'un aéronef (avion, hélicoptère, etc.). La turbine à gaz peut être une turbomachine, comme un turbopropulseur ou un turboréacteur.
Un procédé de détermination d'un débit recalculé, ainsi qu'un procédé de régulation de carburant vont aussi être décrit.
Le dispositif de régulation de carburant comprend un bloc hydraulique 100 et un débitmètre massique 150. Par débitmètre, on entend tout appareil de mesure permettant de connaître un débit massique de fluide, en l'occurrence un débit de carburant liquide ici.
Le bloc hydraulique 100 comprend une valve de dosage 130 qui gère l'écoulement de fluide. La valve de dosage 130 comprend une surface, appelée surface d'ouverture du doseur carburant S, de taille variable, qui permet l'écoulement du liquide. Le débit Q délivré par la valve de dosage 130 est donc notamment fonction de la surface S.
La surface S est variable sur pilotage d'une servovalve 135, qui commande le déplacement d'une pièce mobile 138 de dosage pour obstruer graduellement un orifice ou fente de dosage. Un ressort de maintien 137 tend à ramener la pièce mobile 138 vers une position par défaut, correspondant généralement à la plus petite section de passage de la fente de dosage, c'est-à-dire au débit de carburant minimum (débit de ralenti). Un capteur de position 131, relié à la carte électronique 110, permet de connaître la position de la pièce mobile. Le capteur de position est typiquement un capteur LDVT (« linear variable differential transformer »). La position de la pièce mobile est donc connue. La surface S peut ensuite être calculée, mais cette étape n'est plus nécessaire dans le cadre de l'invention.
Il existe différents types de valve de dosage 130, par exemple à fente de dosage classique, décrite dans le document US7526911B2, ou à fente exponentielle, décrite dans les documents EP1231368A1 et FR2825120A1. Dans le cas d'une fente exponentielle, l'ouverture S augmente exponentiellement avec le déplacement de la pièce mobile, qui permet une meilleure précision à bas débit.
Le bloc hydraulique 100 comprend de plus une soupape de régulation 140, assurant une recirculation de carburant non injecté, et servant aussi à maintenir constant le différentiel de pression de carburant ΔΡ entre l'amont et l'aval de la valve de dosage 130. Cette soupape 140 peut être identique à la soupape de régulation 18 commentée en référence à la figure 1.
Le bloc hydraulique 100 comprend en outre une carte électronique 110. La carte électronique 110 communique avec la valve de dosage 130 dans les deux sens : elle peut envoyer des consignes de position à la valve 130 et récupérer des données relatives à la valve 130. Elle communique aussi avec le débitmètre 150 : du fait de son rôle de capteur, la communication ne se fait que dans un sens, de sorte que le débitmètre 150 peut envoyer la mesure du débit (ou une donnée devant être convertie en débit) à la carte électronique 110.
La carte électronique 110 est en outre reliée à une unité de contrôle 200, externe au dispositif. L'unité de contrôle 200 est typiquement un module de régulation électronique (ECU) d'un FADEC, c'est-à-dire d'un système de régulation numérique pleine autorité qui contrôle les géométries variables (actionneurs, doseurs, etc.) de l'aéronef. L'unité de contrôle 200 se trouve dans le périmètre avion et n'est pas dédié uniquement à la régulation du carburant. Inversement, la carte électronique 110 est préférablement exclusivement dédiée au dosage du carburant et aux fonctions annexes. La liaison entre l'unité de contrôle 200 et la carte électronique 110 se fait généralement avec un harnais de connexion.
Un capteur de température 160 est aussi prévu. Il permet de connaître la température du carburant lorsque celui traverse le dispositif de régulation. Dans un mode de réalisation avantageux, le capteur 160 est intégré au bloc hydraulique 100.
Le bloc hydraulique 100 comprend en outre un module de mémoire 120 configuré pour stocker des informations relatives à la valve de dosage 130, à la soupape de régulation 140 et/ou au débitmètre 150. Le module de mémoire 120 est relié à la carte électronique 110 qui peut y récupérer des données. Cela sera détaillé par la suite.
Dans un mode de réalisation, la carte électronique 110 a pour rôle de centraliser les communications, sans calculer ni traiter de données. Par conséquent, les données relatives à la valve de dosage 130, le débitmètre 150 et les caractéristiques stockées dans le module de mémoire 120 sont envoyés par la carte électronique 110 vers l'unité de contrôle 200 qui effectuent les calculs.
Dans un autre mode de réalisation, la carte électronique 110 embarque du code et peut générer des commandes.
Le module de mémoire 120 est compris dans bloc hydraulique 100 pour simplifier les opérations de maintenance, et pour permettre un remplacement de tout le bloc hydraulique 100. Comme les données stockées dans le module de mémoire 120 sont propres à chaque valve de dosage 130 ou chaque soupape de régulation 140, ou chaque débitmètre 150, un changement de de l'un de ces éléments implique des nouvelles données.
Ainsi, dans le cas d'un remplacement et d'une intégration d'un autre bloc hydraulique 100 déjà réglé et caractérisé, il n'y a plus qu'à relier par un harnais de connexion la carte électronique 110 et l'unité de contrôle 200.
D'une façon connue, le bloc hydraulique 100 comprend un clapet stop et un solénoïde de survitesse tels que décrits en introduction et non repris ici.
Le bloc hydraulique 100 est typiquement logé dans un boîtier 102. Le boîtier 102 permet d'isoler le bloc des autres éléments de l'aéronef. En particulier, ce boîtier protège ses composants d'un environnement électromagnétique (foudre, etc.), et/ou thermique. Dans un mode de réalisation préférentiel, le débitmètre 150 est intégré audit boîtier 102.
Ainsi, le dispositif de régulation est plus robuste à l'environnement extérieur. En particulier, il n'y a plus besoin d'éloigner le débitmètre 150 des températures chaudes induites par la turbine à gaz.
En outre, les canalisations hydrauliques entre la valve de dosage 130 et le débitmètre 150 s'en trouvent simplifiée.
Comme indiqué précédemment, seule la carte électronique 110 du dispositif est reliée à l'unité de contrôle 200 de l'aéronef (par le biais d'un unique harnais), la redistribution étant ensuite effectuée au sein du dispositif (et plus particulièrement du boîtier 102 comprenant le bloc hydraulique 100) par la carte électronique 110. Le dispositif comprend donc une seule entrée, en provenance de l'unité de contrôle 200, à destination de la carte 110, qui décline cette entrée en plusieurs sorties, à savoir notamment la valve de dosage et le clapet stop. Le solénoïde de survitesse est quant à lui indépendant de l'unité de contrôle.
Il y a donc une simplification des interfaces électriques entre le bloc hydraulique 100 intégrant le débitmètre 150 et l'unité de contrôle 200. En particulier, il n'y a plus besoin de harnais blindés entre le débitmètre 150, la valve de dosage 130 d'une part et l'unité de contrôle 200 d'autre part. Cette simplification se traduit aussi par un gain de masse, les harnais internes au bloc 102 étant plus léger que les harnais blindés externes au bloc 102.
Les données stockées sur le module de mémoire 120 ont pour fonction d'affiner la précision du dosage de carburant. Ces données sont obtenues par des tests lors d'essai sur la valve de dosage 130, la soupape de régulation 140, et le débitmètre 150 et permettent ensuite, une fois en vol, de déterminer un débit recalculé Qr plus précis, qui permet ensuite de recaler plus finalement la consigne de débit générée.
Un des avantages majeurs est la meilleure précision du dosage du carburant, ce qui permet de faire baisser la consommation grâce à un dimensionnement plus ajusté du compresseur, et ainsi de diminuer les quantités de carburant à embarquer avant le vol, marges comprises. Cela permet de redimensionner l'aéronef et, de facto, la puissance des moteurs.
En outre, cela a un impact très favorable sur l'opérabilité du moteur (meilleure facilité d'accélération, etc.).
La valve de dosage 130 est régie par une loi de dosage, s'exprimant sous la forme suivante :
Q = KsS/pEP (1)
Où :
- Q est le débit massique,
- Ks un paramètre relatif à la valve de dosage 130, qui dépend la géométrie de la fente (longueur, diamètre, etc.) ainsi que de son aspect de surface (rugosité, etc.), du diamètre amont-aval de la canalisation de la valve de dosage 130, et du nombre de Reynolds qui caractérise l'écoulement,
- S est la surface de passage, telle qu'introduite précédemment,
- p est la densité du carburant,
- ΔΡ est l'écart pression aux bornes de la valve de dosage
130, maintenu par la soupape de régulation 140.
Dans l'art antérieur, des tests effectués sur banc au préalable permettaient d'obtenir la loi de dosage fondé sur l'équation (1) en considérant KSAfpKP comme une constante de valeur Ίζ^ρΔΡ, en considérant uniquement les valeurs moyennes de quelques dispositifs qui sont ensuite généralisées aux autres.
En pratique, ΔΡ et p sont fonction de la température T du carburant. Par conséquent, dès lors que leurs valeurs effectives sont différentes de celles considérées pour déterminer la loi de dosage en banc d'essai, des erreurs de dosage sont nécessairement générées en vol.
Ainsi, pour remédier à cela, plusieurs caractérisations de la valve de dosage 130 et du débitmètre 150 sont effectuées sur banc d'essai au sol.
Une première caractérisation consiste à connaître la sensibilité de l'écart de pression ΔΡ par rapport à la température T.
La différence de pression ΔΡ est régulée de façon constate grâce à une soupape de régulation (présentée en introduction et dans la présente description) qui utilise un ressort de raideur Ι<ΔΡ.
Or, ce ressort se dilate en fonction de la température du carburant : la raideur du ressort diminue lorsque la température augmente. Ainsi, des tests permettent de connaître l'évolution de Ι<ΔΡ en fonction de la température T, ce qui permet ensuite de connaître ΔΡ en fonction de la température T, noté ΔΡ(Τ).
Le module de mémoire 120 comprend donc un abaque, sous forme d'un tableur, associant à différentes valeurs de température T soit des raideurs Ι<ΔΡ auxquelles sont associés des écarts de pression ΔΡ, soit directement ΔΡ. A l'aide de la valeur de température T obtenue par le capteur de température 160, on peut connaître une valeur ΔΡ appliquée aux bornes de la valve de dosage 120 qui soit plus proche de la valeur réelle.
A partir de cette valeur ΔΡ obtenue, il est ainsi possible de déterminer un débit massique reconstruit avec une meilleure précision.
Une deuxième caractérisation consiste à affiner la loi de dosage (1) de la valve de dosage 130.
Lors de test en banc d'essai, le paramètre Ks et la section S sont calculés en fonction de la position de la pièce mobile 138 de la valve de dosage 130. Ainsi, la variabilité de Ks et les imprécisions du calcul de S à partir de la position sont supprimées. Dans cette approche, il importe peu que Ks soit une constante, soit considéré comme une constante ou ne soit pas une constante. On rappelle que la position est connue à l'aide du capteur de position 131.
Le module de mémoire 120 comprend donc un abaque, sous forme d'un tableur, associant à différentes valeurs de position de la pièce mobile la valeur du produit Ks x S, de sorte que la valve soit caractérisée mécaniquement. Préférablement, l'ensemble des positions de la pièce mobile 138 est caractérisée.
A partir de cette valeur obtenue, il est ainsi possible de déterminer un débit massique reconstruit Qr avec une meilleure précision.
Idéalement, le module de mémoire 120 comprend un abaque donnant en fonction de la température T et la position x la valeur du produit Ks x S.
A l'aide des deux caractérisations précédentes, on peut établir que le débit massique reconstruit Qr est donné par :
Qr = ΙρΔΡ(Τ)
Une troisième caractérisation consiste à connaître l'erreur systématique de mesure du débitmètre 150 et/ou l'erreur liée à la température.
Certains débitmètres présentent une bonne précision pour les débits élevés et une précision moindre pour les débits plus faibles. En outre, du fait d'une conception à l'aide de deux turbines en rotation déphasées l'une par rapport à l'autre par une liaison à ressort, la précision du débitmètre peut être fonction de la raideur kdeb du ressort et donc de la température, qui influe sur cette raideur. Un exemple d'une telle conception de débitmètre est décrit dans le document US3144769.
Le module de mémoire 120 comprend donc un abaque, sous forme d'un tableur, associant à différentes valeurs de débit mesuré Qm un débit massique corrigé Qc traversant le débitmètre 150 et comprend un abaque, sous forme d'un tableur, associant à différentes valeurs de température T, le débit corrigé Qc traversant débitmètre 150.
Préférablement, un unique abaque comprenant à la fois le débit massique mesuré Qm et la température T est prévu. Un tel abaque comprenant deux entrées nécessite davantage de test en banc d'essai mais offre une meilleure précision.
L'obtention d'un débit corrigé Qc n'intervient néanmoins pas directement dans le calcul du débit reconstruit Qr. En revanche, l'obtention du débit par le débitmètre peut permettre de connaître la dernière donnée non mesurée dans l'équation précédente : la densité.
L'utilisation de la valeur du débit massique mesuré Qm par le débitmètre, ou bien l'utilisation de la valeur du débit massique corrigée Qc, peut être utilisée pour calculer une densité du carburant.
Ce calcul est effectué à l'aide de la loi de dosage, exprimée sous la forme suivante :
P(T,Q) =
KsSjàPÇT)
Dans un mode de réalisation avantageux, cette valeur de densité est calculée en utilisant le débit massique mesuré Qm, ou le débit massique corrigée Qc, ainsi que le ΔΡ et le Ks x S obtenu à l'aide du module de mémoire 120 :
pît.Qc) =
Figure FR3053396A1_D0001
Enfin, le débit reconstitué Qr peut être exprimé sous la forme suivante, en intégrant la densité recalculé :
Qr = îÇsJapcoJpOc)
Ainsi, l'unité de contrôle 200 dispose d'un débit reconstitué avec une meilleure précision puisqu'il tient compte des différents paramètres influant le débit.
Lors des phases de vol, le dispositif de régulation reçoit des consignes de débit de la part de l'unité de contrôle 200. Comme indiqué précédemment, des différences importantes entre le débit effectif et le débit de consigne étaient observés. A présent, à l'aide du dispositif décrit précédemment, il est possible d'améliorer la précision du dosage.
A présent, un procédé de détermination d'un débit recalculé va être décrit.
Ce procédé est avantageusement mis en œuvre à l'aide d'un dispositif de régulation tel que décrit précédemment, avec une unité de contrôle 200. Néanmoins, il peut être mis en œuvre d'une façon équivalente sur des équipements existants : en effet, le module de mémoire 120 peut être intégré à l'unité de contrôle 200 et les échanges d'information peuvent être effectués tous via l'unité de contrôle 200.
Dans une première étape El, le capteur de température 160 acquière une température. Simultanément ou alternativement, le capteur de position 131 acquière la position de la pièce mobile 138 de la valve de dosage 130. Simultanément ou alternativement, le débitmètre 150 acquière un débit.
En fonction du type de donnée mesurée, dans une deuxième étape E2, le module de mémoire 120 est sollicitée pour, à partir de la donnée mesurée, extraire une nouvelle donnée : par exemple, comme indiqué précédemment, avec la mesure de la température T, la valeur de l'écart de pression ΔΡ crée par la soupape de régulation 140 est connue ; avec la mesure de la position de la pièce mobile 138 de la valve de dosage 130, la valeur de Ks x S est récupérée ; avec la mesure de la température et/ou du débit, un débit corrigé Qc est récupéré.
Dans une étape de calcul E2', facultative, le débit mesuré ou corrigé Qc est utilisé pour calculer la densité du carburant. Cette étape de calcul E2' peut aussi utiliser les valeurs de ΔΡ et Ks x S récupérées à l'étape E2.
Enfin, à partir de ces données, un débit reconstruit Qr peut être généré. Ce débit reconstruit Qr présente une précision améliorée par rapport aux débits reconstruits actuellement.
A l'aide de ce procédé de calcul d'un débit reconstruit, un procédé de régulation peut être mis en oeuvre. Pour cela, l'unité de calcul met en oeuvre une étape de génération d'une consigne de débit, en utilisant le débit reconstruit obtenu précédemment.
Le recalage peut être effectué avec un temps de réponse sensiblement équivalent à celui du débitmètre 150.
Pour générer les informations stockées dans la mémoire 120, des mesures sur bancs d'essais sont effectuées.
Pour la soupape de régulation 140, on mesure la variabilité de ΔΡ en fonction de la température T, qui est contrôlée précisément dans le cadre des tests. Alternativement, on mesure la variabilité de kAP pour ensuite connaître ΔΡ.
Pour la valve de dosage 130, on mesure la valeur du paramètre Ks x S en fonction de la position de la pièce mobile du doseur 130. Complémentairement, cette valeur est aussi mesurée en fonction de la température T.
Pour le débitmètre 150, on mesure la valeur du débit réel (appelé débit corrigé Qc précédemment) en fonction du débit mesuré Qm. On mesure aussi la valeur du débit mesuré Qm en fonction de la température T. Pour combiner les deux, on peut mesurer la valeur du débit réel Qc en fonction du débit mesuré Qm et de la température T.
Enfin, les tableaux créés par tous ces tests, qui forment des lois, sont stockés dans la mémoire 120, qui peut ensuite être installée dans le bloc 100.

Claims (12)

  1. Revendications
    1. Procédé de détermination d'un débit reconstruit pour optimisation de la régulation de carburant pour aéronef, ladite régulation étant mise en oeuvre à l'aide d'un dispositif de régulation comprenant un bloc hydraulique (100) comprenant une valve de dosage (130) et une soupape de régulation (140), la valve de dosage (130) permettant de générer un débit passant en fonction notamment de la position d'une pièce mobile (138) de dosage, la soupape de régulation (140) étant configurée pour maintenir un écart de pression (ΔΡ) prédéterminé aux bornes de la valve de dosage (130) afin notamment de contrôler le débit (Q) au travers de la valve de dosage, un capteur de température (160), un débitmètre (150) pour mesurer le débit massique de carburant sortant du bloc hydraulique (100), un module de mémoire (120), une unité de calcul (200), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
    - (El) mesure de la température et/ou respectivement de la position de la pièce mobile (138), et/ou respectivement du débit,
    - (E2) récupération de données relatives à un écart de pression (ΔΡ) maintenu aux bornes de la valve de dosage (130) par la soupape de régulation (140) en fonction de la température (T), et/ou respectivement à des caractéristiques mécaniques propres à la valve de dosage (130) en fonction de la position de la pièce mobile (138) de dosage, et/ou respectivement au débit massique corrigé en fonction de la température et/ou du débit massique mesuré, lesdites données étant stockées dans le module de mémoire (120),
    - (E3) détermination d'un débit reconstruit à partir des données récupérées.
  2. 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, dans lequel le débit Q passant au travers de la valve de dosage (130) s'exprime de la façon suivante :
    Q = Ks x S x /p x ΔΡ
    Où Ks est fonction de la valve de dosage (130) et S est la section de passage qui est fonction de la position de la pièce mobile (138) de dosage, ΔΡ est l'écart de pression maintenu par la soupape de régulation, p est la masse volumique, dans lequel le module de mémoire (120) comprend les valeurs de Ks x S en fonction de valeurs de positions de la pièce mobile (138).
  3. 3. Procédé de détermination selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les trois mesures et les trois récupérations de données sont effectuées.
  4. 4. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données stockées ont été générées en banc d'essai préalablement.
  5. 5. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les données sont connues pour toute température, et toute position de la pièce mobile (138) de dosage, ou toute température et tout débit, ou toute position de la pièce mobile (138) et tout débit, ou toute température et toute position de la pièce mobile de dosage et tout débit.
  6. 6. Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de mesure du débit massique (El') et une étape de calcul (E2') de la masse volumique (pd) du carburant, et dans lequel l'étape de détermination (E3) du débit reconstruit (Qr) utilise la masse volumique calculée (pd).
  7. 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le débit utilisé pour le calcul de la masse volumique est le débit corrigé (Qc) obtenu à l'aide des données stockées dans le module de mémoire (120).
  8. 8. Procédé de génération d'une consigne de débit de carburant, dans lequel la consigne de débit de carburant est calculée en prenant en compte le débit recalculé à l'aide d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. 9. Dispositif de régulation de carburant pour aéronef comprenant un bloc hydraulique (100), ledit bloc hydraulique comprenant :
    - une valve de dosage (130), permettant de contrôler un débit passant en fonction de la position d'une pièce mobile (138) de dosage,
    - une soupape de régulation (140) disposée en amont de la valve de dosage (130),
    - une carte électronique (110), configurée pour envoyer des consignes de dosage à la valve (130) sur consigne d'une unité de contrôle (200) d'un aéronef, le dispositif comprenant en outre un capteur de température (160) et un débitmètre massique (150), caractérisé en ce que le dispositif comprend un module de mémoire (120) relié à la carte électronique (110) et stockant une caractérisation de l'écart de pression maintenu aux bornes de la valve de dosage (130) par la soupape de régulation en fonction de la température (150) et/ou une caractérisation mécanique propre à la valve de dosage (130) en fonction de la position de la pièce mobile (138) de dosage, et/ou une caractérisation d'un débit massique corrigé en fonction du débit massique mesuré et/ou de la température.
  10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications de dispositifs précédentes, dans lequel le bloc hydraulique (100) est monté dans un boîtier (102), et dans lequel le débitmètre (150) et/ou le capteur de température (160) est logé dans le même boîtier (102), de façon à former un bloc isolé.
  11. 11. Ensemble comprenant un dispositif de régulation (100) de carburant selon l'une quelconque des revendications de dispositifs précédentes et une unité de contrôle électronique (200), dans lequel la carte électronique (110) et l'unité de contrôle électronique (200) sont reliées par un harnais de connexion, et dans lequel la carte électronique (110) est configurée pour recevoir des consignes de dosage depuis l'unité de contrôle électronique (200).
  12. 12. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel la 5 liaison électronique entre l'unité de contrôle (200) et la carte de dosage (110) est la seule entrée du dispositif de dosage.
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