FR3115327A1 - Dispositif d’alimentation en carburant d’une turbomachine d’aeronef - Google Patents

Abstract

L’invention se rapporte à un dispositif (1) d’alimentation en carburant d’une turbomachine d’aéronef, le dispositif comportant : - un circuit d’alimentation (2) en carburant d’une chambre de combustion (108), - un circuit de dérivation (22) pour l’alimentation d’au moins un système hydraulique (3) en carburant sous pression comme fluide hydraulique, - une vanne de commande (10) configurée pour permettre une fonction de coupure de la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22) en dessous d’un premier régime moteur prédéterminé de la turbomachine. Selon l’invention, le dispositif comporte en outre un système (30) d’inhibition de la fonction de coupure, configuré pour permettre, dans un état activé, une circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22) au-dessus d’un second régime moteur prédéterminé de la turbomachine, inférieur au premier régime. Figure pour l’abrégé : Figure 2.

Description

DISPOSITIF D’ALIMENTATION EN CARBURANT D’UNE TURBOMACHINE D’AERONEF

La présente invention se rapporte au domaine de l’alimentation en carburant d’une turbomachine, et en particulier d’une turbomachine comportant des systèmes hydrauliques employant du carburant sous pression comme fluide d’actionnement. Un système d’alimentation en carburant de ce type est par exemple connu du document FR 2 968 041 A1.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Les turbomachines d’aéronef comportent de nombreux organes réglables à géométrie variable, tels que des inverseurs de poussée, ou des aubes de stator à pas variable, mais aussi des volets, des vannes de refroidissement à air ou des vannes de régulation de jeux. Pour actionner ces organes, il est connu d’utiliser des actionneurs hydrauliques, c’est-à-dire tout système hydraulique utilisant un différentiel de pression dans un fluide d’actionnement pour actionner un travail dans un organe mécanique, incluant ainsi les vérins hydrauliques et les commandes hydrauliques de servovalves.

Le fluide hydraulique actionnant ces systèmes peut être du carburant sous pression. Il est en effet connu de prévoir un dispositif d’alimentation en carburant comportant un circuit d’alimentation en carburant d’une chambre de combustion de la turbomachine, ainsi qu’un circuit de dérivation pour l’alimentation des systèmes hydrauliques en carburant sous pression comme fluide hydraulique.

Cependant, les turbomachines comportent toujours plus de géométries variables. Ainsi, une fraction importante du débit de carburant pompé est utilisée par ces géométries variables, sous formes de « fuites » dans les systèmes hydrauliques comme les servovalves et les vérins. A titre indicatif, une proportion de l’ordre de 70% ou plus du carburant pompé peut ainsi être dirigée vers les géométries variables, au point de redémarrage en vol sans assistance du démarreur.

En d’autres termes, il est constaté une augmentation du débit de carburant sous pression devant être dérivé vers les systèmes hydrauliques, pour assurer leur actionnement. Ainsi, dans une situation de redémarrage en vol, plus de 70% du débit de carburant du dispositif d’alimentation peut être requis pour alimenter les différents systèmes hydrauliques de la turbomachine.

Afin d’assurer le débit nécessaire tant pour l’alimentation de la chambre de combustion que pour celle des systèmes hydrauliques, les pompes d’alimentation en carburant peuvent être surdimensionnées. Cependant, cette solution génère des inconvénients en termes de poids, coût, fiabilité et efficacité.

Une autre solution, connue du document FR 2 968 041 A1, consiste à prévoir une vanne de commande configurée pour permettre une fonction de coupure de la circulation de carburant à travers un circuit de dérivation incluant les systèmes hydrauliques, cette coupure s’opérant en dessous d’un régime moteur prédéterminé de la turbomachine. Le fait de couper l’alimentation des géométries variables à bas régime, grâce à une vanne dédiée, permet de diminuer la cylindrée de la pompe à carburant du dispositif d’alimentation, en limitant le débit que celle-ci doit pomper pour assurer le rallumage en vol du moteur. Il en découle un gain en termes de masse et de coûts, grâce à la réduction du dimensionnement de la pompe.

En effet, le dispositif d’alimentation en carburant divulgué dans le document FR 2 968 041 A1 permet d’assurer, dans des circonstances normales, l’alimentation de la chambre de combustion ainsi que celle des systèmes hydrauliques de la turbomachine à travers le circuit de dérivation, et ce sans nécessiter une pompe de carburant surdimensionnée, ni de conception à déplacement variable. Ce but est atteint grâce au fait que le dispositif d’alimentation comporte la vanne de dérivation pour empêcher la circulation du carburant à travers le circuit de dérivation, en dessous d’un régime moteur prédéterminé. Dans ce contexte et celui de l’invention, il est entendu par « régime moteur » la vitesse rotative d’un arbre moteur de la turbomachine, et en particulier, lorsque la turbomachine comporte plusieurs étages et plusieurs arbres moteurs, de l’arbre moteur couplé au boîtier d’entrainement d’accessoires, notamment pour entrainer la ou les pompes d’alimentation en carburant.

Il devient ainsi possible d’interrompre, aux bas régimes de la turbomachine, l’alimentation en carburant sous pression comme fluide hydraulique des systèmes hydrauliques dont le fonctionnement n’est pas indispensable à ces bas régimes. Cette fonctionnalité est recherchée en particulier pour le redémarrage en vol, par exemple pour des géométries variables non essentielles durant cette phase, comme des vannes de refroidissement à air ou des vannes de régulation de jeux. Ainsi, le débit maximum requis en carburant reste limité, permettant d’utiliser des pompes de carburant de dimensions plus réduites et possiblement à déplacement constant, donc plus simples et plus fiables que les pompes à déplacement variable. Du fait de cette optimisation de la puissance et du déplacement des pompes de carburant, la puissance thermique injectée dans le carburant est aussi réduite, ce qui permet également de réduire la taille et le poids des échangeurs de chaleur utilisés pour évacuer cette chaleur.

Pour des besoins de maintenance, tels que le nettoyage moteur, le stockage, le déstockage, la vérification du bon fonctionnement des géométries variables, etc., il est parfois nécessaire d’actionner ces géométries variables au sol alors que le moteur n’est pas allumé. Dans cette optique, les moteurs classiques non équipés de la vanne de commande précitée pourraient utiliser leur démarreur, de manière à faire tourner suffisamment le moteur pour actionner les géométries variables. Habituellement, le démarreur entraine l’arbre haute pression du moteur, qui lui-même entraîne, via le boîtier d’entrainement d’accessoires, la pompe haute pression du dispositif d’alimentation en carburant. L’actionnement de cette pompe permet l’alimentation en carburant des systèmes hydrauliques dédiés à l’actionnement des géométries variables.

Cependant, le dimensionnement de la vanne de commande précitée est tel que celle-ci reste habituellement fermée pour des régimes moteur compris entre 0 et 22% du régime moteur nominal. Or certains démarreurs / alternateurs électriques ne permettent pas de monter suffisamment en régime, ni suffisamment longtemps, pour obtenir l’ouverture au sol de la vanne de commande dédiée à la dérivation d’une partie du carburant vers les systèmes hydrauliques. Dans cette hypothèse, les actions de maintenance au sol ne peuvent être mises en œuvre, puisque généralement, le dimensionnement du démarreur est tel qu’il permet d’atteindre un régime de démarrage de l’ordre de seulement 10% du régime moteur nominal.

En cas d’impossibilité d’utiliser le démarreur pour réaliser les opérations de maintenance sur les géométries variables, il demeure possible de mettre en place des équipements spécifiques au sol, dont l’utilisation reste néanmoins coûteuse et contraignante. Une autre solution réside dans le surdimensionnement du démarreur, qui se révèle d’autant moins judicieux que ce besoin particulier de maintenance constitue un événement rare dans la vie de la turbomachine, qui serait alors rendu possible au prix d’une masse importante impactant la masse globale et le rendement de cette turbomachine.

Il subsiste donc un besoin d’amélioration des solutions existantes, de sorte à bénéficier des avantages du circuit de dérivation de carburant vers les systèmes hydrauliques, sans pour autant nécessiter la mise en place au sol de procédures lourdes et/ou de surdimensionnements conséquents du système de démarrage aux fins de réalisation d’opérations de maintenance.

Pour répondre au moins partiellement à ce besoin, l’invention a tout d’abord pour objet un dispositif d’alimentation en carburant d’une turbomachine d’aéronef, le dispositif comportant :
- un circuit d’alimentation en carburant d’une chambre de combustion de la turbomachine,
- un circuit de dérivation pour l’alimentation d’au moins un système hydraulique en carburant sous pression comme fluide hydraulique, le circuit de dérivation communiquant avec le circuit d’alimentation,
- une vanne de commande configurée pour permettre une fonction de coupure de la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation en dessous d’un premier régime moteur prédéterminé de la turbomachine.

Selon l’invention, le dispositif comporte en outre un système d’inhibition de la fonction de coupure, ce système d’inhibition étant configuré pour permettre, dans un état activé, une circulation de carburant à travers le circuit de dérivation au-dessus d’un second régime moteur prédéterminé de la turbomachine, le second régime étant inférieur au premier régime.

Le circuit de dérivation et sa vanne de commande associée permettent ainsi de conserver la fonctionnalité de coupure de l’alimentation en carburant des systèmes hydrauliques en dessous du premier régime moteur prédéterminé, notamment à des fins de rallumage du moteur en vol, puisque cette coupure entraîne avantageusement pour conséquence de diriger la totalité ou une très grande partie du carburant pompé vers la chambre de combustion.

De plus, grâce à son système additionnel d’inhibition de cette fonction de coupure, le dispositif d’alimentation en carburant selon l’invention apporte une solution satisfaisante à la problématique des opérations de maintenance au sol sur les systèmes hydrauliques. En effet, en activant ce système d’inhibition, la coupure de l’alimentation en carburant des systèmes hydrauliques ne s’effectue plus en dessous du premier régime moteur prédéterminé, mais seulement en dessous d’un second régime moteur prédéterminé inférieur au premier, et qui peut d’ailleurs être ou s’approcher d’un régime nul ou très faible, où le moteur est à l’arrêt avec une pression nulle ou quasiment nulle du carburant dans le dispositif d’alimentation. De ce fait, dans l’état activé du système d’inhibition et au-delà du second régime moteur prédéterminé, le carburant peut circuler vers les systèmes hydrauliques alors que le moteur fonctionne à des régimes faibles. L’avantage d’une telle fonctionnalité réside dans la plus grande capacité à utiliser le démarreur du moteur pour effectuer les opérations de maintenance au sol sur les systèmes hydrauliques, puisque même sans être surdimensionné, ce démarreur peut permettre au moteur d’atteindre le régime suffisant, sur une durée suffisamment longue, pour obtenir la dérivation de la quantité de carburant requise à travers les systèmes hydrauliques faisant l’objet des opérations de maintenance. Préférentiellement, la turbomachine est telle que le démarreur entraîne en rotation l’arbre moteur qui entraîne lui-même, via un boîtier d’entrainement d’accessoires, la ou les pompes de carburant du dispositif selon l’invention. Ainsi, lors de l’utilisation du démarreur, même à des régimes très lents par rapports au régime nominal, la pompe peut alimenter les systèmes hydrauliques pour leur permettre un déplacement lent et les maintenir à la position désirée, tout en autorisant l’injection d’un débit faible dans la chambre de combustion si nécessaire. Par exemple, un démarreur électrique conventionnel est capable de maintenir un régime de rotation de cet ordre pendant environ une minute, ce qui est suffisant pour assurer la maintenance souhaitée, sans même allumer le moteur.

A titre indicatif, le premier régime moteur prédéterminé peut être fixé à environ 20% du régime moteur nominal, par exemple 22%, tandis que le second régime moteur prédéterminé peut être fixé à environ 10% du régime moteur nominal, ou à une valeur encore inférieure à cette dernière.

Il est noté que l’évolution vers des aéronefs plus électriques tend à favoriser l’usage de démarreurs / alternateurs. La solution proposée par l’invention permet avantageusement de maintenir un équipement dimensionné au juste besoin pour le démarrage et la génération de puissance électrique, sans dégrader la maintenabilité des systèmes hydrauliques du moteur.

L’invention présente par ailleurs au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.

De préférence, le système d’inhibition est intégré à la vanne de commande, de manière à rendre le dispositif d’alimentation encore plus compact.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la vanne de commande est une vanne à commande hydraulique configurée pour être actionnée par une pression du carburant dans le circuit d’alimentation. La nature passive résultant de cette conception confère des avantages sérieux en matière de fiabilité et de coûts. Néanmoins, une conception alternative pourrait être envisagée, avec une unité de commande de la vanne de commande, et au moins un capteur de régime moteur connecté à cette unité de commande. En particulier, la vanne de commande peut alors être à commande électrique. Il est ainsi possible de commander l’ouverture et la fermeture de la vanne directement en fonction du régime moteur de la turbomachine, de manière isolée, ou en combinaison avec d’autres paramètres éventuels. En outre, l’unité de commande pourrait être programmable, permettant ainsi d’actualiser et/ou d’adapter ses paramètres et instructions de fonctionnement en fonction des circonstances de la turbomachine et/ou de l’aéronef. A titre indicatif et comme cela sera mentionné ultérieurement, le système d’inhibition pourrait lui aussi être commandé électriquement par l’unité de commande, même si une commande mécanique manuelle reste préférée.

De préférence, la vanne de commande est une vanne à piston tiroir.

Dans ce cas, la vanne de commande comporte préférentiellement :
- un piston tiroir mobile dans une chambre définie par un corps de vanne de commande, le piston tiroir étant soumis à deux efforts antagonistes respectivement appliqués par un moyen élastique de rappel, et par une pression de carburant,
- une première entrée de carburant communiquant avec une pompe du circuit d’alimentation, le carburant provenant de la première entrée permettant d’appliquer l’effort de pression sur le piston tiroir,
- une première sortie de carburant communiquant avec une portion aval du circuit d’alimentation, ainsi qu’avec le circuit de dérivation,
- une seconde entrée de carburant communiquant avec un circuit de retour de carburant provenant dudit au moins un système hydraulique,
- une seconde sortie de carburant communiquant avec un circuit de retour de carburant vers le circuit d’alimentation, en amont de ladite pompe,
les premières et secondes entrées et sorties débouchant toutes dans la chambre du corps de vanne,

et dans un état désactivé du système d’inhibition, la vanne de commande est configurée de sorte qu’en dessous d’une première pression prédéterminée du carburant dans la première entrée, le piston tiroir interdit la communication entre la seconde entrée et la seconde sortie de la vanne de commande de manière à entraîner la coupure de la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation, et de sorte qu’à partir et au-delà de la première pression prédéterminée de carburant dans la première entrée, le piston tiroir établit la communication entre la seconde entrée et la seconde sortie de la vanne de commande de manière à permettre la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation.

De préférence, le système d’inhibition comprend un levier de commande configuré pour être déplacé d’une première position dans laquelle il place ce système dans un état désactivé, à une seconde position dans laquelle il place ce système dans l’état activé, le système d’inhibition étant préférentiellement équipé d’un capteur de positionnement de son levier de commande. Cette solution mécanique et manuelle s’avère parfaitement adaptée aux besoins rencontrés, puisqu’un opérateur peut aisément actionner ce levier de commande lors des opérations de maintenance, surtout lorsqu’un tel levier se situe sur ou proche de la vanne de commande. Néanmoins, une solution à commande électrique du système d’inhibition est également envisageable, via l’unité de commande, comme cela a été mentionné précédemment.

De préférence, le moyen élastique de rappel présente une extrémité en appui sur le piston tiroir, et une autre extrémité en appui sur un siège déplaçable par rapport au corps de vanne entre une première position amenant le système d’inhibition dans l’état désactivé, et une seconde position amenant le système d’inhibition dans l’état activé, la seconde position étant décalée de la première position dans le sens de l’effort du moyen élastique de rappel sur le siège. De plus, dans l’état activé du système d’inhibition, la vanne de commande est configurée de sorte qu’au-delà d’une seconde pression prédéterminée du carburant dans la première entrée, inférieure à la première pression prédéterminée de carburant, le piston tiroir établit la communication entre la seconde entrée et la seconde sortie de la vanne de commande, de manière à permettre la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation. Ici encore, il est noté que le dispositif d’alimentation selon l’invention peut être configuré de sorte que la seconde pression prédéterminée soit fixée à une valeur faible ou très faible, voire nulle.

Selon un autre mode de réalisation préféré de l’invention, le système d’inhibition comprend un circuit commandable de contournement du piston tiroir, permettant, dans l’état activé du système, de mettre en communication la seconde entrée et la seconde sortie de la vanne de commande, de manière à permettre la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation. Dans cette alternative, le passage de l’état activé à l’état désactivé, et réciproquement, peut également s’effectuer via le levier de commande.

L’invention a également pour objet une turbomachine d’aéronef comportant un tel dispositif d’alimentation en carburant, et au moins un système hydraulique connecté au circuit de dérivation pour être alimenté en carburant sous pression comme fluide hydraulique. Il peut s’agir de tout type de turbomachine d’aéronef, en particulier les turbopropulseurs et turboréacteurs à simple ou double flux, et de préférence à double corps.

Enfin, l’invention a pour objet un procédé de maintenance au sol d’au moins un système hydraulique de cette turbomachine, le procédé comprenant la circulation de carburant à travers le système hydraulique, alimenté par le circuit de dérivation, cette circulation de carburant à travers le système hydraulique s’effectuant avec le système d’inhibition de la fonction de coupure dans l’état activé.

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;

représente une vue schématique de côté d’un turboréacteur selon l’invention ;

représente une vue schématique de côté d’un dispositif d’alimentation en carburant du turboréacteur, selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention ;

est une vue plus détaillée de côté de la vanne de commande équipant le dispositif d’alimentation représenté sur la figure 2, avec le système d’inhibition adoptant un état désactivé ;

est une vue similaire à celle de la figure 3, avec la vanne fonctionnant à un niveau de pression de carburant supérieur ;

est une vue similaire à celle de la figure 3, avec le système d’inhibition adoptant un état activé ;

est une vue similaire à celle de la figure 5, avec la vanne fonctionnant à un niveau de pression de carburant supérieur ;

est une vue schématique de côté similaire à celle de la figure 3, avec le dispositif d’alimentation en carburant se présentant sous la forme d’un second mode de réalisation préféré de l’invention, et avec son système d’inhibition adoptant un état désactivé ; et

est une vue similaire à celle de la figure 7, avec le système d’inhibition adoptant un état activé.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS

En référence à la figure 1, il est représenté un turboréacteur 100 à double flux et à double corps. Le turboréacteur 100 comporte de façon classique un générateur de gaz 102 de part et d’autre duquel sont agencés un compresseur basse pression 104, et une turbine basse pression 112. Le générateur de gaz 102 comprend un compresseur haute pression 106, une chambre de combustion 108 et une turbine haute pression 110. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction 114 opposée à la direction d’écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur, cette direction 114 étant parallèle à l’axe longitudinal 103 du turboréacteur.

Le compresseur basse pression 104 et la turbine basse pression 112 forment un corps basse pression, et sont reliés l’un à l’autre par un arbre basse pression 111 centré sur l’axe 103. De même, le compresseur haute pression 106 et la turbine haute pression 110 forment un corps haute pression, et sont reliés l’un à l’autre par un arbre haute pression 113 centré sur l’axe 103 et agencé autour de l’arbre basse pression 111. Les arbres sont supportés par des paliers de roulement 119, qui sont lubrifiés en étant agencés dans des enceintes d’huile. Il en est de même pour le moyeu de soufflante 117, également supporté par des paliers de roulement 119.

Le turboréacteur 100 comporte par ailleurs, à l’avant du générateur de gaz 102 et du compresseur basse pression 104, une soufflante 115 qui est ici agencée directement à l’arrière d’un cône d’entrée d’air du moteur. La soufflante 115 est rotative selon l’axe 103, et entourée d’un carter de soufflante 109. Cette soufflante est préférentiellement entraînée indirectement par l’arbre basse pression 111, via un réducteur 120, ce qui lui permet de tourner avec une vitesse plus lente.

En outre, le turboréacteur 100 définit une veine primaire 116 destinée à être traversée par un flux primaire, ainsi qu’une veine secondaire 118 destinée à être traversée par un flux secondaire situé radialement vers l’extérieur par rapport au flux primaire.

La figure 2 représente un dispositif 1 d’alimentation en carburant du turboréacteur, selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention. Ce dispositif 1 est dédié à l’alimentation en carburant de la chambre de combustion 108, et de systèmes hydrauliques 3 tels que des vérins hydrauliques et des commandes hydrauliques de servovalves dédiés à la commande de géométries variables du type de celles mentionnées précédemment.

Le dispositif 1 comporte un circuit 2 d’alimentation en carburant de la chambre de combustion 108. Sur ce circuit d’alimentation 2 sont installés en série, dans le sens de circulation du carburant, une pompe basse pression 5, un échangeur de chaleur 7, un filtre principal de carburant 9, une pompe haute pression 11, une vanne de commande 10, et une unité de dosage de carburant 12. Le circuit 2 débouche, en aval de l’unité de dosage 12, sur des injecteurs 14 dans la chambre de combustion 108.

La pompe basse pression 5 et la pompe haute pression 11 peuvent être actionnées par un arbre commun, de préférence l’arbre haute pression 113, de préférence via un boîtier d’entraînement d’accessoires 16 de la turbomachine, dit « boîtier AGB ». La pompe haute pression 11 peut ainsi être une pompe à engrenages dont le déplacement fixe est optimisé sur le régime moteur de la turbomachine au décollage. La pompe basse pression 5 peut être quant à elle une pompe centrifuge.

Il est noté que le turboréacteur comporte également un démarreur 18 agencé de manière à pouvoir entraîner l’arbre haute pression 113. De cette manière, lorsque le démarreur 18 est actionné, il entraîne la rotation de l’arbre haute pression 113, qui lui-même entraîne, via le boîtier d’entrainement d’accessoires 16, la pompe haute pression 11 du dispositif d’alimentation en carburant.

L'échangeur de chaleur 7 permet d’évacuer la chaleur excessive du carburant, notamment la chaleur introduite par le travail des pompes basse et haute pression 5, 11, tandis que le filtre 9 permet d’arrêter les impuretés pouvant causer des dommages et/ou des blocages potentiels à l’unité de dosage de carburant 12 ou aux injecteurs 14. De manière connue, l’unité de dosage de carburant 12 dose le débit de carburant fourni aux injecteurs 4 de la chambre de combustion 108.

Le dispositif d’alimentation 1 comporte aussi un circuit 15 de récupération de carburant reliant l’unité de dosage de carburant 12 au circuit d’alimentation 2, de préférence entre la pompe basse pression 5 et l’échangeur de chaleur 7. L’excès de débit de carburant fourni à l’unité de dosage de carburant 12 peut ainsi être retourné, à travers ce circuit de récupération 15, en amont de l’échangeur de chaleur 7.

Sur la partie aval du circuit d’alimentation 2, c’est-à-dire en aval de la vanne de commande 10, le circuit d’alimentation 2 présente un branchement 20 vers un circuit de dérivation 22 dédié à l’alimentation en carburant des systèmes hydrauliques 3.

Dans ce premier mode de réalisation préféré, la vanne de commande 10 est une vanne à piston tiroir pilotée de manière passive par la pression du carburant dans le circuit d’alimentation 2 en aval de la pompe haute pression 11. Comme cela sera détaillé ci-après, cette vanne de commande 10 est configurée pour permettre la circulation du carburant à travers le circuit de dérivation 22 à partir d’une première pression prédéterminée de carburant P1 en aval de la pompe haute pression 11. En revanche, cette vanne 10 remplit une fonction de coupure de la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation 22 lorsque la pression de carburant descend en dessous de cette première pression prédéterminée P1. Il est noté que cette pression P1 est obtenue lorsque le turboréacteur fonctionne à un premier régime prédéterminé, correspondant par exemple à environ 20 à 22% du régime moteur nominal (habituellement dénommé « régime N2 »). Cette valeur peut néanmoins être supérieure en fonction des besoins et contraintes rencontrées. Elle peut par exemple être fixée à environ 40% du régime nominal, sans sortir du cadre de l’invention.

Grâce à cette fonction de coupure offerte par la vanne de commande 10, il est avantageusement possible d’interrompre, aux bas régimes du turboréacteur, l’alimentation en carburant des systèmes hydrauliques 3 dont le fonctionnement n’est pas indispensable à ces bas régimes. Cette fonctionnalité est recherchée en particulier en cas de redémarrage en vol sans démarreur, par exemple pour des géométries variables non essentielles durant cette phase, comme des vannes de refroidissement à air ou des vannes de régulation de jeux. Le totalité ou une grande partie du carburant du circuit d’alimentation 2 peut ainsi être dirigée vers la chambre de combustion 108, pour faciliter ce redémarrage en vol du turboréacteur.

L’une des particularités de l’invention réside dans la mise en œuvre d’un système 30 d’inhibition de la fonction de coupure procurée par la vanne de commande 10. Le système d’inhibition 30 est préférentiellement intégré à la vanne 10, et il est tel que dans un état activé et au-dessus d’un second régime moteur prédéterminé inférieur au premier régime, il permet une circulation de carburant à travers le circuit de dérivation 22. En d’autres termes, quand bien même le régime du moteur serait inférieur au premier régime prédéterminé, tout en restant supérieur au second régime prédéterminé pouvant néanmoins être faible ou très faible, voire nul, l’activation du système d’inhibition permet d’éviter la coupure normalement effectuée par la vanne 10, et autorise ainsi le carburant à circuler à travers les systèmes hydrauliques 3.

Le dispositif d’alimentation 1 apporte donc une solution satisfaisante à la problématique des opérations de maintenance au sol sur les systèmes hydrauliques 3. En effet, l’avantage d’une telle fonctionnalité réside dans la plus grande capacité à utiliser le démarreur 18 pour effectuer les opérations de maintenance au sol sur les systèmes hydrauliques 3, puisque ce démarreur peut permettre au moteur d’atteindre le régime suffisant, sur une durée suffisamment longue, pour obtenir la dérivation de la quantité de carburant requise à travers les systèmes hydrauliques 3. Ainsi, lors de l’utilisation du démarreur 18 avec le système d’inhibition 30 dans l’état activé, même à des régimes très faibles par rapports au régime nominal, la pompe haute pression 11 peut alimenter les systèmes hydrauliques 3 pour leur permettre un déplacement lent et les maintenir à la position désirée durant la maintenance.

La vanne de commande 10 comporte donc un piston tiroir 32 mobile à translation dans une chambre 36, définie par un corps fixe 34 de la vanne. La chambre 36 communique avec deux entrées de carburant, et deux sorties de carburant. Il s’agit tout d’abord d’une première entrée de carburant 40a communiquant avec la pompe haute pression 11 via une conduite 44 de la portion amont du circuit d’alimentation 2. Le carburant provenant de la première entrée 40a et pénétrant dans la chambre 36 permet d’appliquer un effort de pression sur le piston tiroir 32. Il s’agit ensuite d’une première sortie de carburant 42a communiquant avec une conduite 46 de la portion aval du circuit d’alimentation 2, ainsi qu’avec le circuit de dérivation 22 via le branchement 20 à partir duquel s’étend ce circuit 22. La conduite 46 s’étend quant à elle jusqu’à l’unité de dosage 12.

Il est ensuite prévu une seconde entrée de carburant 40b alimentée par un circuit 48 de retour de carburant provenant des systèmes hydrauliques 3, ainsi qu’une seconde sortie de carburant 42b communiquant avec un circuit 50 de retour de carburant vers le circuit d’alimentation 2, en étant relié à ce dernier en amont de la pompe haute pression 11, comme le circuit de retour 15.

En référence à présent à la figure 3, il est montré de manière plus détaillée la vanne de commande 10, ainsi que le système d’inhibition 30 qui y est intégré.

Tout d’abord, une conduite de dérivation 52 est prévue pour relier la première entrée 40a et la première sortie 42a, sans passer par la chambre 36. Cette conduite de dérivation 52, préférentiellement intégrée au corps de vanne 34, comporte un orifice de dérivation 54 de section réduite, afin de créer de fortes pertes de charge ainsi qu’une pressurisation du carburant sortant de la pompe haute pression 11.

Le piston tiroir 32 présente une forme creuse lui permettant de coulisser autour d’un organe de support 58, selon un axe de coulissement 56. L’organe de support 58 est placé dans la chambre 36, et il comporte un siège 60 recevant une extrémité d’un ressort de compression 62. L’autre extrémité de ce ressort 62 est en appui sur une extrémité du piston 32 opposées à celle exposée à l’effort de pression de carburant. Par conséquent, le piston 32 est soumis à deux efforts antagonistes orientés selon l’axe de coulissement 56, à savoir respectivement un effort mécanique via le ressort 62, et un effort de pression via le carburant introduit dans la chambre 36 par la première entrée 40a.

Dans ce premier mode de réalisation préféré, le système d’inhibition 30 est donc intégré à la vanne 10, notamment en partageant le même corps 34. Le système 30 est globalement agencé à une extrémité du corps 30 selon l’axe 56, celle opposée à la première entrée de carburant 40a. Il comporte tout d’abord un organe de butée 64 mobile à coulissement selon l’axe de coulissement 56, par rapport au corps 34. Cet organe de butée mobile 64 se situe dans le prolongement axial de l’organe de support 58, en appui axial sur ce dernier ou bien en lui étant intégré, par exemple au sein d’une pièce réalisée d’un seul tenant intégrant les deux organes 58, 64. De ce fait, il doit être compris que l’organe de support 58 est également monté mobile à coulissement dans le corps 34, selon l’axe 56. Dans le cas de deux organes séparés 58, 64 comme sur la figure 3, c’est le ressort 62 qui plaque une extrémité de l’organe 58 contre une extrémité en regard de l’organe de butée mobile 64. Ainsi, en étant intégré à cette extrémité de l’organe 58, le siège 60 de l’organe 58 présente également un caractère déplaçable selon l’axe 56, au sein du corps 36.

Le système d’inhibition 30 inclut par ailleurs un ressort de compression 66 en appui à l’une de ses extrémités sur une collerette 67 du corps 34, et en appui à son extrémité opposée sur un épaulement 68 de l’organe de butée mobile 64. L’effort du ressort 66 conduit une extrémité 70 de l’organe de butée 64 à se plaquer contre une portion de butée 69 d’un levier de commande 72 du système d’inhibition. En effet, ce levier 72 est monté par exemple de manière articulée sur le fond du corps de vanne 34, autour d’un axe de commande 73. Sur la figure 3, le levier de commande 72 représenté en traits pleins se trouve dans une première position dans laquelle il place le système d’inhibition 30 dans un état désactivé. En revanche, le levier de commande 72 représenté en traits pointillés sur cette même figure se trouve dans une seconde position dans laquelle il place ce système 30 dans l’état activé. Pour le passage de l’une à l’autre des deux positions du levier de commande 72, ce dernier est mis en rotation autour de l’axe 73, par exemple sur une amplitude de l’ordre de 180°. Le déplacement du levier 72 peut ainsi être effectué aisément par un opérateur, même si des solutions de commande électrique et/ou de commande à distance du système d’inhibition 30 restent possibles, sans sortir du cadre de l’invention.

Préférentiellement, le système d’inhibition 30 est équipé d’un capteur de positionnement de son levier de commande, par exemple un capteur 74 de bon positionnement de ce levier dans sa première position. Avant le vol et après les opérations de maintenance, il est effectivement judicieux de s’assurer que le levier 72 se trouve bien dans la première position dans laquelle il place le système d’inhibition 30 dans un état désactivé. Dans le cas contraire, cela peut amener à faire voler l’aéronef avec le système d’inhibition 30 dans son état activé, susceptible de contrarier un éventuel redémarrage en vol, du fait d’une alimentation en carburant insuffisante de la chambre de combustion au cours de ce redémarrage.

Le capteur de positionnement 74 peut être un simple capteur de contact, destiné à indiquer que le levier de commande 72 a été remis dans sa première position avant un prochain décollage. D’autres technologies conventionnelles peuvent néanmoins être envisagées, comme un capteur inductif, sans sortir du cadre de l’invention.

Dans la première position du levier de commande 72, sa portion de butée 69 en forme de came présente une orientation angulaire amenant une première surface 69a à contacter l’extrémité 70 de l’organe de butée 64. Cette première surface 69a présente une distance à l’axe 73 qui est supérieure à celle d’une seconde surface 69b de cette même came 69, la seconde surface 69b étant opposée à la première surface 69a selon l’axe de coulissement 56. Ainsi, la première surface 69a conduit par butée à enfoncer l’organe de butée 64 vers l’intérieur du corps de vanne 34. Cet organe de butée 64 conduit à son tour, également par butée, à placer l’organe de support 58 et son siège 60 dans une première position la plus proche de la première entrée de carburant 40a selon l’axe 56, avec pour conséquence une compression du ressort 62 et /ou un déplacement du piston 32 vers la première entrée de carburant 40a.

Lorsque le système d’inhibition 30 se trouve dans l’état désactivé montré sur la figure 3, et que la pression de carburant dans la première entrée 40a reste inférieure à la première pression prédéterminée P1, le piston tiroir 32 adopte une position axiale telle qu’une gorge annulaire 75 sur sa surface extérieure se trouve décalée axialement de la seconde entrée 40b et de la seconde sortie 42b, selon l’axe de coulissement 56. Par conséquent, cette gorge 75 n’est pas en mesure d’établir la communication fluidique entre la seconde entrée 40b et la seconde sortie 42b, de sorte qu’aucune circulation de carburant ne peut se produire dans le circuit de dérivation 22 et dans le circuit de retour 50, ni à travers les systèmes hydrauliques 3. Toujours avec une pression de carburant inférieure à la première pression prédéterminée P1, qui résulte d’une vitesse de rotation de l’arbre haute pression 113 donnée pour le premier régime moteur prédéterminé qui a été mentionné précédemment, le carburant circulant à travers la conduite de dérivation 52 et son orifice de dérivation 54 de section réduite. Cela génère de fortes pertes de charge ainsi qu’une pressurisation du carburant en direction de la conduite 46, vers la chambre de combustion. Cette situation correspond préférentiellement à une phase de redémarrage en vol. En effet, au cours de celle-ci, seule la chambre de combustion est alimentée en carburant, du fait de la fonction de coupure de circulation de carburant exercée par la vanne de commande 10 sur le circuit de dérivation 22, en opérant un blocage du circuit de retour de carburant 50.

En revanche, pour tout régime moteur supérieur ou égal au premier régime prédéterminé, c’est-à-dire pour des régimes qui amènent le carburant à adopter, via la pompe haute pression 11, une pression supérieure ou égale à la première pression prédéterminée P1 est observée dans la première entrée de carburant 40a de la vanne 10. En référence à la figure 4, la balance des efforts exercés par le carburant sur le piston 32, et par le ressort détendu 62 sur ce même ressort, conduit celui-ci à se déplacer suffisamment vers le siège 60 restant fixe, faisant ainsi communiquer la seconde entrée 40b et la seconde sortie 42b avec la gorge annulaire 75 du piston 32. Le carburant peut donc circuler à travers le circuit de retour 50, et autoriser la circulation du carburant à travers le circuit de dérivation 22 et ses systèmes hydrauliques 3.

Dans cet état désactivé du système d’inhibition 30 et toujours pour une pression de carburant dans la première entrée 40a qui est supérieure ou égale à la première pression prédéterminée P1, le carburant provenant de cette même première entrée 40a pénètre dans la chambre 36 de la vanne, avant de s’extraire par la première sortie 42a qui a été libérée par le piston 32 décalé axialement.

Ainsi, lorsque le turboréacteur fonctionne au premier régime prédéterminé (correspondant par exemple à environ 20 à 22% du régime moteur nominal), ou à un régime supérieur, la chambre de combustion et les systèmes hydrauliques 3 sont alimentés simultanément en carburant, via la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation 22.

En référence à présent à la figure 5, le levier de commande 72 représenté en traits pleins adopte sa seconde position, plaçant le système 30 d’inhibition de la fonction de coupure dans l’état activé. Comme indiqué précédemment, cet état activé est préférentiellement adopté au sol avec le moteur éteint, pour des opérations de maintenance sur les systèmes hydrauliques 3 qui nécessitent tout de même une circulation de carburant, même minime.

Dans la seconde position du levier 72, sa portion de butée 69 est telle que c’est sa seconde surface 69b qui est au contact de l’extrémité 70 de l’organe de butée mobile 64. Du fait de sa distance plus courte à l’axe de commande 73, le passage du levier 72 de la première à la seconde position conduit l’organe de butée 64 à se déplacer axialement vers l’extérieur de la vanne, selon l’axe de coulissement 56. Ce déplacement axial de l’organe de butée 64 s’effectue sous l’effet du ressort 66, qui se détend grâce à la forme de came de la portion de butée 69 en rotation autour de l’axe 73.

En d’autres termes, la seconde surface 69b permet à l’organe de butée 64 de s’extraire davantage vers l’extérieur du corps de canne 34, sous l’action du ressort 66. Du fait du retrait axial de l’organe de butée mobile 64 vers l’extérieur du corps de vanne 34, le ressort 62 conduit à déplacer l’organe de support 58 et son siège 60 dans une seconde position plus éloignée de la première entrée de carburant 40a. Cette seconde position du siège 60 est donc décalée de la première position dans le sens de l’effort appliqué par le ressort 62 sur ce siège 60. Dans cette seconde position, l’organe de support 58 reste plaqué en appui axial contre l’organe de butée mobile 64, toujours sous l’effet du ressort 62. Le tarage de ce dernier s’en trouve diminué, ce qui a pour conséquence d’activer le système d’inhibition 30, comme cela va être décrit ci-dessous.

Lorsque le système d’inhibition 30 se trouve dans l’état activé montré sur la figure 5, et que la pression de carburant dans la première entrée 40a reste inférieure ou égale à une seconde pression prédéterminée P2, le piston tiroir 32 adopte une position axiale telle que sa gorge annulaire 75 se trouve décalée axialement de la seconde entrée 40b et de la seconde sortie 42b, selon l’axe de coulissement 56. Par conséquent, cette gorge 75 n’est pas en mesure d’établir la communication fluidique entre la seconde entrée 40b et la seconde sortie 42b, de sorte qu’aucune circulation de carburant ne peut se produire dans le circuit de dérivation 22 et à travers les systèmes hydrauliques 3. Néanmoins, cette situation peut être très peu rencontrée, étant donné que la seconde pression prédéterminée P2 est préférentiellement fixée à une valeur faible ou très faible, résultant d’une vitesse de rotation de l’arbre haute pression 113 donnée pour un second régime moteur prédéterminé faible ou très faible, voire nul. A titre indicatif, ce second régime prédéterminé est de l’ordre de 10% du régime moteur nominal.

A cet égard, il est noté que ce second régime prédéterminé est aisément atteignable lors d’opérations de maintenance au sol avec le moteur éteint, sous l’unique effet du démarreur 18 entraînant la rotation de l’arbre haute pression 113, qui lui-même entraîne la pompe haute pression 11 via le boîtier 16.

Lorsqu’au cours des opérations de maintenance au sol, le démarreur 18 conduit à dépasser le second régime moteur prédéterminé, la pression de carburant dans la première entrée 40a de la vanne 10 s’élève alors à une valeur supérieure à la seconde pression prédéterminée P2, comme cela a été schématisé sur la figure 6. Dans ce contexte, la balance des efforts exercés par le carburant sur le piston 32, ainsi que par le ressort détendu 62 sur ce même ressort, conduit celui-ci à se déplacer suffisamment vers le siège 60 pour faire communiquer la seconde entrée 40b et la seconde sortie 42b avec la gorge annulaire 75 du piston 32. Le carburant peut donc circuler à travers le circuit de retour 50, et ainsi autoriser la circulation du carburant à travers le circuit de dérivation 22 et ses systèmes hydrauliques 3, pour en assurer la maintenance requise.

En référence à présent aux figures 7 et 8, il est représenté un dispositif d’alimentation 1 selon un second mode de réalisation préféré de l’invention, dans lequel seule la conception du système d’inhibition 30 change. Celui-ci reste préférentiellement intégré à la vanne de commande 10, par exemple en partageant le même corps 34. Néanmoins, le système 30 prend ici la forme d’un circuit commandable 76 de contournement du piston tiroir 32. Ce circuit commandable 76 est raccordé à l’une de ses extrémités à la seconde entrée de carburant 42a de la vanne 10, et à l’autre de ses extrémités à la seconde sortie de carburant 42b. Pour ce faire, des conduits appropriés 78, 80 sont prévus, par exemple réalisés dans le corps de vanne 34, et entre lesquels se trouve une vanne de coupure 82.

La vanne de coupure 82, qui confère un caractère commandable au système d’inhibition 30, comporte un orifice de passage de carburant 84 entouré d’un joint d’étanchéité 86, ainsi qu’un organe mobile d’obturation 88 piloté par un levier de commande 72. La coopération du levier de commande 72 avec l’organe mobile d’obturation 88 est identique ou similaire à celle décrite entre le levier de commande 72 du premier mode de réalisation, et l’organe mobile de butée 64. D’ailleurs, un ressort 66 génère ici aussi un effort de plaquage de l’organe 88 contre la portion de butée 69 du levier 72.

Sur la figure 7, le levier 72 occupe sa première position dans laquelle sa première surface 69a pousse l’organe mobile d’obturation 88 contre le joint 86, empêchant ainsi le carburant de circuler à travers la vanne de coupure 82. Le système d’inhibition 30 adopte ainsi son état désactivé, en empêchant la communication entre la seconde entrée 42a et la seconde sortie 42b à travers le circuit de contournement 76.

En revanche, sur la figure 8, le levier 72 occupe sa seconde position dans laquelle sa seconde surface 69b permet, via l’effort du ressort 66, à l’organe mobile d’obturation 88 de s’extraire davantage du corps de vanne 34. Cela a pour conséquence de libérer l’ouverture de carburant 84, et de permettre au carburant de circuler à travers la vanne de coupure 82. Le système d’inhibition 30 adopte ainsi son état activé, en autorisant la communication entre la seconde entrée 42a et la seconde sortie 42b via le circuit de contournement 76. Ce contournement permet en effet d’alimenter le circuit de retour de carburant 50, et donc d’assurer la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation 22 et ses systèmes hydrauliques 3.

Ici encore, la vanne de coupure 82 pourrait présenter une conception différente, par exemple basée sur une commande électrique et/ou sur une commande à distance.

Diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite, uniquement à titre d’exemples non limitatifs, et dont la portée est délimitée par les revendications annexées.

Claims (10)

1. Dispositif (1) d’alimentation en carburant d’une turbomachine d’aéronef, le dispositif comportant :
   - un circuit d’alimentation (2) en carburant d’une chambre de combustion (108) de la turbomachine,
   - un circuit de dérivation (22) pour l’alimentation d’au moins un système hydraulique (3) en carburant sous pression comme fluide hydraulique, le circuit de dérivation (22) communiquant avec le circuit d’alimentation (2),
   - une vanne de commande (10) configurée pour permettre une fonction de coupure de la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22) en dessous d’un premier régime moteur prédéterminé de la turbomachine,
   caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un système (30) d’inhibition de la fonction de coupure, ce système d’inhibition (30) étant configuré pour permettre, dans un état activé, une circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22) au-dessus d’un second régime moteur prédéterminé de la turbomachine, le second régime étant inférieur au premier régime.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d’inhibition (30) est intégré à la vanne de commande (10).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vanne de commande (10) est une vanne à commande hydraulique configurée pour être actionnée par une pression du carburant dans le circuit d’alimentation (2).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne de commande (10) est une vanne à piston tiroir (32).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne de commande (10) comporte :
   - un piston tiroir (32) mobile dans une chambre (36) définie par un corps de vanne (34), le piston tiroir étant soumis à deux efforts antagonistes respectivement appliqués par un moyen élastique de rappel (62), et par une pression de carburant,
   - une première entrée de carburant (40a) communiquant avec une pompe (11) du circuit d’alimentation (2), le carburant provenant de la première entrée (40a) permettant d’appliquer l’effort de pression sur le piston tiroir (32),
   - une première sortie de carburant (42a) communiquant avec une portion aval du circuit d’alimentation (2), ainsi qu’avec le circuit de dérivation (22),
   - une seconde entrée de carburant (40b) communiquant avec un circuit (48) de retour de carburant provenant dudit au moins un système hydraulique (3),
   - une seconde sortie de carburant (42b) communiquant avec un circuit (50) de retour de carburant vers le circuit d’alimentation (2) , en amont de ladite pompe (11),
   les premières et secondes entrées et sorties (40a, 40b, 42a, 42b) débouchant toutes dans la chambre (36) du corps de vanne (34),
   et en ce que dans un état désactivé du système d’inhibition (30), la vanne de commande (10) est configurée de sorte qu’en dessous d’une première pression prédéterminée (P1) du carburant dans la première entrée (40a), le piston tiroir (32) interdit la communication entre la seconde entrée (40b) et la seconde sortie (42b) de la vanne de commande de manière à entraîner la coupure de la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22), et de sorte qu’à partir et au-delà de la première pression prédéterminée (P1) de carburant dans la première entrée (40a), le piston tiroir (32) établit la communication entre la seconde entrée (40b) et la seconde sortie (42b) de la vanne de commande de manière à permettre la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22).
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’inhibition (30) comprend un levier de commande (72) configuré pour être déplacé d’une première position dans laquelle il place ce système dans un état désactivé, à une seconde position dans laquelle il place ce système dans l’état activé, le système d’inhibition (30) étant préférentiellement équipé d’un capteur (74) de positionnement de son levier de commande (72).
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen élastique de rappel (62) présente une extrémité en appui sur le piston tiroir (32), et une autre extrémité en appui sur un siège (60) déplaçable par rapport au corps de vanne (34) entre une première position amenant le système d’inhibition (30) dans l’état désactivé, et une seconde position amenant le système d’inhibition (30) dans l’état activé, la seconde position étant décalée de la première position dans le sens de l’effort du moyen élastique de rappel (62) sur le siège (60),
   et en ce que dans l’état activé du système d’inhibition (30), la vanne de commande (10) est configurée de sorte qu’au-delà d’une seconde pression prédéterminée (P2) du carburant dans la première entrée (40a), inférieure à la première pression prédéterminée (P1) de carburant, le piston tiroir (32) établit la communication entre la seconde entrée (40b) et la seconde sortie (42b) de la vanne de commande de manière à permettre la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22).
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 combinée à la revendication 5, caractérisé en ce que le système d’inhibition (30) comprend un circuit commandable (76) de contournement du piston tiroir (32), permettant, dans l’état activé du système (30), de mettre en communication la seconde entrée (40b) et la seconde sortie (42b) de la vanne de commande, de manière à permettre la circulation de carburant à travers le circuit de dérivation (22).
9. Turbomachine d’aéeonef comportant un dispositif (1) d’alimentation en carburant suivant l’une quelconque des revendications précédentes, et au moins un système hydraulique (3) connecté au circuit de dérivation (22) pour être alimenté en carburant sous pression comme fluide hydraulique.
10. Procédé de maintenance au sol d’au moins un système hydraulique (3) de la turbomachine d’aéronef selon la revendication 9, comprenant la circulation de carburant à travers le système hydraulique (3), alimenté par le circuit de dérivation (22), caractérisé en ce que la circulation de carburant à travers le système hydraulique (3) s’effectue avec le système (30) d’inhibition de la fonction de coupure dans l’état activé.