FR3132538A1 - Procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz - Google Patents
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Abstract
Procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz (1) comprenant un corps (3, 4) comprenant un compresseur (31, 41), une turbine (32, 42) et un arbre (33, 43), la turbine étant propre à entrainer le compresseur via l’arbre, et un moteur électrique (15) propre à entrainer l’arbre en rotation, d’étapes : a) estimer un gradient de température entre une première et une deuxième partie du corps, b) comparer le gradient à un seuil, c) si le gradient est inférieur au seuil, entrainer l’arbre avec une vitesse variant selon un premier profil, d) si le gradient est supérieur au seuil, commander le moteur électrique pour entrainer l’arbre de manière à faire varier sa vitesse selon un deuxième profil, tel que, lorsque la vitesse de l’arbre est comprise dans un intervalle critique, une accélération de l’arbre est supérieure à une accélération selon le premier profil dans le même intervalle critique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention concerne de manière générale le domaine des moteurs à turbine à gaz, et plus particulièrement d’un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz.
D’une manière connue, les moteurs à turbine à gaz peuvent être utilisés pour fournir une poussée à un aéronef.
Lors de son fonctionnement, un moteur à turbine à gaz monte en température de manière sensiblement homogène.
Cependant, lorsque le moteur à turbine à gaz est arrêté, par exemple, après que l’aéronef ait atterri dans un aéroport, le moteur à turbine à gaz refroidit de manière hétérogène. En effet, certains composants refroidissent plus rapidement que d’autres. Si le moteur à turbine à gaz est laissé à l’arrêt sur une période suffisamment longue (par exemple une journée) l’ensemble des composants du moteur à turbine à gaz refroidissent progressivement jusqu’à atteindre la même température.
En revanche, si le moteur à turbine à gaz est redémarré après avoir été laissé à l’arrêt sur une courte période (par exemple une heure), certains composants, tels que les composants du corps haute pression, présentent encore des différences importantes / hétérogénéités de température lors du redémarrage. Ces différences de température peuvent être à la source de phénomènes de dilatation thermique pouvant entraîner une déformation des composants du moteur. Par exemple, la ligne rotor haute pression peut fléchir entre ses paliers du fait d’un gradient thermique vertical sur ces parties. Le fléchissement de la ligne rotor induit d’une part une fermeture des jeux statiques entre les aubes mobiles et les carters et créé d’autre part un balourd sur le rotor/masse excentrée. Si le moteur à turbine à gaz est redémarré alors que l’arbre d’entrainement haute pression est courbé, la situation thermique statique de moteur cumulée à une réponse dynamique au balourd peut entraîner un frottement entre les aubes du rotor du compresseur haute pression ou de la turbine haute pression et le carter du compresseur haute pression ou de la turbine haute pression. Si les aubes du rotor frottent contre le carter, cela risque d’endommager le moteur à turbine à gaz et de générer une usure des aubes. Aussi, si le carter est revêtu de matériau abradable, ce matériau abradable s’use et disparait, ce qui engendre une augmentation du jeu entre le rotor et le stator du moteur à turbine à gaz. Cela entraîne une dégradation des performances du moteur.
Plusieurs solutions ont déjà été envisagées pour limiter ces hétérogénéités de température. Le document EP3205847 propose par exemple d’utiliser un moteur électrique connecté au démarreur à air avec un embrayage pour entraîner l’arbre d’entrainement haute pression via un train d’engrenage d’un boitier d’accessoire (AGB) à très bas régime, en dessous de sa vitesse de ralenti : le moteur est dit en « rôtisserie ». La rotation lente du moteur permet d’homogénéiser la température des composants du moteur.
Il est également connu du document EP3415729 de contrôler un moteur électrique via un calculateur FADEC (Full Authority Digital Engine Control). Le FADEC contrôle alors le fonctionnement du moteur à turbine à gaz et du moteur électrique. Lorsque le FADEC est mis partiellement en veille, ce qui correspond à un arrêt de l’aéronef, le moteur électrique fait tourner l’arbre d’entrainement à vitesse réduite, i.e. en rôtisserie.
Les documents EP3205834 et EP3205858 proposent d’utiliser des modèles informatiques pour prévoir la durée nécessaire de rotation en rôtisserie du moteur électrique connecté au démarreur à air.
Ces solutions connues visent à homogénéiser la température des composants du moteur à turbine à gaz pour éviter que l’arbre d’entrainement ne soit courbé, en l’entrainant en rotation, à basse vitesse, lorsque l’aéronef est à l’arrêt, i.e. le moteur à turbine à gaz est éteint. Cependant, ces solutions nécessitent que l’aéronef reste à l’arrêt pendant la durée nécessaire pour que la température des composants du moteur à turbine à gaz soit homogénéisée ce qui signifie qu’il faut attendre une certaine durée avant de pouvoir démarrer à nouveau le moteur à turbine à gaz. En outre, les solutions de l’état de la technique impliquent l’utilisation de systèmes dédiés.
Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz permettant de limiter le temps d’attente nécessaire avant de redémarrer le moteur à turbine à gaz.
La présente invention se rapporte ainsi selon un premier aspect à un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz, le moteur à turbine à gaz comprenant un corps comprenant un compresseur, une turbine et un arbre d’entrainement, la turbine étant propre à entrainer le compresseur par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement, et un moteur électrique propre à entrainer l’arbre d’entrainement en rotation, le procédé de pilotage comprenant les étapes de :
a) estimer un gradient de température entre une première partie du corps et une deuxième partie du corps,
b) comparer le gradient de température estimé à un seuil de gradient de température prédéfini, et
c) si le gradient de température est inférieur au seuil de gradient de température prédéfini, entrainer en rotation l’arbre d’entrainement avec une vitesse de rotation qui varie au cours du temps selon un premier profil de variation de vitesse de rotation,
d) si le gradient de température est supérieur au seuil de gradient de température prédéfini, commander le moteur électrique pour entrainer en rotation l’arbre d’entrainement de manière à faire varier la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement selon un deuxième profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps, tel que, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement est comprise dans un intervalle critique de vitesses de rotation, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement est supérieure à une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement selon le premier profil de variation de vitesse de rotation dans le même intervalle critique de vitesses de rotation.
a) estimer un gradient de température entre une première partie du corps et une deuxième partie du corps,
b) comparer le gradient de température estimé à un seuil de gradient de température prédéfini, et
c) si le gradient de température est inférieur au seuil de gradient de température prédéfini, entrainer en rotation l’arbre d’entrainement avec une vitesse de rotation qui varie au cours du temps selon un premier profil de variation de vitesse de rotation,
d) si le gradient de température est supérieur au seuil de gradient de température prédéfini, commander le moteur électrique pour entrainer en rotation l’arbre d’entrainement de manière à faire varier la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement selon un deuxième profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps, tel que, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement est comprise dans un intervalle critique de vitesses de rotation, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement est supérieure à une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement selon le premier profil de variation de vitesse de rotation dans le même intervalle critique de vitesses de rotation.
Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, prises seules ou dans une quelconque combinaison :
Le moteur électrique est un démarreur-générateur.
L’arbre d’entrainement est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz, et le gradient de température estimé est obtenu à partir de mesures de température dans une partie haute du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz, et de mesures de température dans une partie basse du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz, lorsque le moteur à turbine à gaz est attaché à un aéronef.
L’intervalle critique de vitesses de rotation inclut une vitesse de rotation susceptible de générer une entrée en résonance du corps compte tenu d’une courbure de l’arbre d’entrainement
L’intervalle critique de vitesses de rotation est défini entre un premier seuil de vitesse de rotation et un deuxième seuil de vitesse de rotation, le premier seuil de vitesse de rotation et le deuxième seuil de vitesse de rotation étant prédéterminés et dépendant du moteur à turbine à gaz.
Une puissance fournie par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement lors de l’étape d) lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation est déterminée à partir du gradient de température.
Le procédé de pilotage comprend une étape de mesurer une première valeur d’un paramètre de vibration du corps, la puissance fournie par le moteur électrique étant déterminée en outre à partir de la première valeur du paramètre de vibration du corps.
Le procédé de pilotage comprend une étape de démarrage du moteur à turbine à gaz et une étape préalable à l’étape de démarrage du moteur à turbine à gaz au cours de laquelle le moteur électrique entraine en rotation l’arbre d’entrainement de manière à faire tourner l’arbre d’entrainement à une vitesse de rotation inférieure à 10 tours par minute.
Le procédé de pilotage comprend une étape de piloter la pression d’au moins un film fluide amortisseur disposé entre l’arbre d’entrainement et un carter du moteur à turbine à gaz.
L’étape d) comprend la fourniture d’une puissance par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement est comprise dans l’intervalle critique, une étape de mesurer une deuxième valeur d’un paramètre de vibration du corps et, si la deuxième valeur du paramètre de vibration du corps est supérieure à un seuil de paramètre de vibration, la puissance fournie par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement est diminuée.
Le corps est un corps haute pression, le compresseur est un compresseur haute pression, la turbine est une turbine haute pression et l’arbre d’entrainement est un arbre d’entrainement haute pression, et dans lequel le moteur à turbine à gaz comprend en outre un corps basse pression comprenant une soufflante, une turbine basse pression et un arbre d’entrainement basse pression, la turbine basse pression étant propre à entrainer la soufflante par l’intermédiaire de l’arbre basse pression.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne moteur à turbine à gaz, comprenant un corps comprenant un compresseur, une turbine et un arbre d’entrainement, la turbine étant propre à entrainer le compresseur par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement, un moteur électrique propre à entrainer l’arbre d’entrainement en rotation, et un module de commande configuré pour piloter le moteur à turbine à gaz selon les étapes du procédé tel que précédemment défini.
Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, prises seules ou dans une quelconque combinaison :
L’arbre d’entrainement est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz, et comprenant au moins deux capteurs de température, incluant un premier capteur de température configuré pour mesurer une première température d’une partie haute du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz, et un deuxième capteur de température configuré pour mesurer une deuxième température d’une partie basse du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz, lorsque le moteur à turbine à gaz est attaché à un aéronef.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un aéronef caractérisé en ce qu’il comprend le moteur à turbine à gaz décrit précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux figures annexées dont :
- La représente de manière schématique, un moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation possible de l'invention ;
- La représente de manière schématique, la position des capteurs dans le moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation possible de l'invention ;
- La représente de manière schématique des étapes d’un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation possible de l'invention ;
- La est un diagramme représentant de manière schématique une vitesse de rotation d’un arbre d’entrainement du moteur à turbine à gaz, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement, en fonction du temps, selon deux modes de pilotage distincts du moteur à turbine à gaz et un profil de fourniture de puissance par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement.
En référence à la , la présente invention concerne un moteur à turbine à gaz 1 qui comprend une soufflante 2, un corps basse pression 3, un corps haute pression 4, une chambre de combustion 5 et une tuyère d’échappement des gaz 6.
Le corps haute pression 4 comprend un compresseur haute pression 41, une turbine haute pression 42 et un arbre d’entrainement haute pression 43 couplant la turbine haute pression 42 au compresseur haute pression 41. Le corps basse pression 3 comprend un compresseur basse pression 31, une turbine basse pression 32 et un arbre d’entrainement basse pression 33 couplant la turbine basse pression 32 au compresseur basse pression 31, et s’étendant à l’intérieur de l’arbre d’entrainement haute pression 43.
La turbine haute pression 42 entraine en rotation le compresseur haute pression 41 par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement haute pression 43, tandis que la turbine basse pression 32 entraine en rotation le compresseur basse pression 31 et la soufflante 2 par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement basse pression 33.
L’arbre d’entrainement basse pression 33 est monté rotatif autour d’un axe de rotation X parallèle à une direction longitudinale du moteur à turbine à gaz 1. De même, l’arbre d’entrainement haute pression 43 est monté rotatif autour de l’axe de rotation X. L’arbre d’entrainement basse pression 33 et l’arbre d’entrainement haute pression 43 sont coaxiaux. L’arbre d’entrainement haute pression 43 s’étend autour de l’arbre d’entrainement basse pression 33.
Le compresseur haute pression 41 comprend un carter de compresseur haute pression 412, un stator de compresseur haute pression 414, monté fixe par rapport au carter de compresseur haute pression 412, et un rotor de compresseur haute pression 416, propre à être entrainé en rotation par rapport au stator de compresseur haute pression 414, autour de l’axe de rotation X. De même, le compresseur basse pression 31 comprend un carter de compresseur basse pression 312, un stator de compresseur basse pression 314, monté fixe par rapport au carter de compresseur basse pression 312, et un rotor de compresseur basse pression 316, propre à être entrainé en rotation par rapport au stator de compresseur basse pression 314, autour de l’axe de rotation X.
La turbine haute pression 42 comprend un carter de turbine haute pression 422, un stator de turbine haute pression 424, monté fixe par rapport au carter de turbine haute pression 422, et un rotor de turbine haute pression 426, propre à être entrainé en rotation par rapport au stator de turbine haute pression 424, autour de l’axe de rotation X. De même, La turbine basse pression 32 comprend un carter de turbine basse pression 322, un stator de turbine basse pression 324, monté fixe par rapport au carter de turbine basse pression 322, et un rotor de turbine basse pression 326, propre à être entrainé en rotation par rapport au stator de turbine basse pression 324, autour de l’axe de rotation X.
En fonctionnement, la soufflante 2 est entrainée en rotation par la turbine basse pression 32, ce qui entraine une circulation de l’air depuis l’amont vers l’aval du moteur à turbine à gaz 1. Une partie de l’air qui traverse la soufflante 2 (flux primaire ou veine primaire) passe successivement à travers le compresseur basse pression 31, le compresseur haute pression 41, puis est injecté dans la chambre de combustion 5. Dans la chambre de combustion 5, l’air est mélangé avec du carburant. La combustion du carburant génère des gaz d’échappement qui circulent successivement à travers la turbine haute pression 42, puis à travers la turbine basse pression 32, et qui sont évacués via la tuyère de gaz d’échappement 6.
Préférentiellement, le moteur à turbine à gaz 1 comprend des paliers 7 qui permettent de guider l’arbre d’entrainement haute pression 43 et l’arbre d’entrainement basse pression 33 en rotation. Typiquement, le moteur à turbine à gaz 1 comprend deux paliers 7 situés en aval du compresseur basse pression 31, un palier 7 en amont du compresseur haute pression 41, un palier 7 en aval de la turbine haute pression 42 et enfin un palier 7 en aval de la turbine basse pression 32. Ces paliers incluent des paliers de corps haute pression 72 propres à guider en rotation l’arbre d’entrainement haute pression 43, et des paliers de corps basse pression 74 propres à guider en rotation l’arbre d’entrainement basse pression 33. En général, les paliers de corps haute pression 72 comprennent le palier 7 situé en amont du compresseur haute pression 41 ainsi que le palier 7 situé en aval de la turbine haute pression 42. Quant aux paliers 7 de corps basse pression 3, ils comprennent les deux paliers 7 situés en aval du compresseur basse pression 31 et le palier 7 situé en aval de la turbine basse pression 32. Les paliers 7 sont des paliers lisses ou des paliers à roulements. Avantageusement, les paliers 7 sont interposés entre un carter du moteur à turbine à gaz 14 et l’arbre d’entrainement 33, 43 qu’ils supportent. En d’autres termes, chaque palier 7 comprend une bague interne 73 et une bague externe 74, et l’une de la bague interne 73 et de la bague externe 74 est montée fixe sur le carter du moteur à turbine à gaz 14, tandis que l’autre de la bague interne 73 et de la bague externe 74 est montée fixe sur l’arbre d’entrainement 33, 43. De préférence, la bague externe 74 est fixée à un support de palier solidaire du carter de moteur à turbine à gaz 14. De préférence encore, le support de palier s’étend de la bague externe 74 à une bride fixe par rapport au carter de moteur à turbine à gaz 14. Les paliers 7 constituent ainsi des interfaces entre l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 et le carter de moteur à turbine à gaz 14. Préférentiellement, un film fluide amortisseur 75 est disposée entre un palier 7 et le carter du moteur à turbine à gaz 14. De préférence, le film fluide amortisseur 75 est un film lubrifiant comme un film d’huile. Dans un certain mode de réalisation, l’huile est apportée via un circuit d’huile commun aux paliers 7.
Le moteur à turbine à gaz 1 comprend en outre un moteur électrique 15. Le moteur électrique 15 est apte à entrainer en rotation l’un des arbres d’entrainement 33, 43. En d’autres termes, le moteur électrique 15 permet de faire tourner l’un des arbres d’entrainement 33, 43 par rapport au carter du moteur à turbine à gaz 14. De préférence, le moteur électrique 15 est apte à entrainer en rotation l’arbre d’entrainement haute pression 43. Le moteur électrique 15 peut être relié directement à un arbre d’entrainement 33, 43 via un engrenage de transmission ou être raccordé à un boîtier d’entrainement d'accessoires 150 (en anglais, « accessory gearbox » ou « AGB »). Le boîtier d’entrainement d’accessoires 150 comprend généralement un ou plusieurs trains d'engrenages qui sont propres à être entraînés en rotation par un prélèvement mécanique au moyen d'un renvoi d'angle sur l’arbre d’entrainement 33, 43 et d’un arbre radial de transmission 151, sur lequel viennent se coupler différents accessoires tels que des pompes de carburant haute pression, des pompes pour la lubrification, etc… Le moteur électrique 15 peut être raccordé à un boitier d’entrainement accessoires 150, lui-même relié à un arbre d’entrainement 33, 43 à entrainer en rotation via un arbre radial de transmission 151.
Dans un mode de réalisation, le moteur électrique 15 est un démarreur-générateur. Un démarreur-générateur est un moteur, le plus souvent un moteur électrique, servant à la mise en marche du moteur à turbine à gaz 1. Dans un mode de réalisation, le démarreur-générateur 15 est un moteur électrique 15 apte à entrainer l’un des arbres d’entrainement 33, 43 en rotation, par exemple dans le cas d’un moteur à turbine à gaz 1 hybride. Les moteurs à turbine à gaz hybrides fonctionnent à la fois grâce à l’énergie électrique et à l’énergie thermique issue de la combustion des gaz dans la chambre de combustion 5. De préférence, la présente invention n’implique pas d’ajouter au moteur à turbine à gaz 1 un moteur électrique 15 dédié mais d’utiliser un moteur électrique 15 déjà présent dans le moteur à turbine à gaz 1. Cela permet de ne pas encombrer le moteur à turbine à gaz 1, de ne pas l’alourdir et de ne pas augmenter son coût de fabrication.
De préférence, en référence à la , le moteur à turbine à gaz 1 comprend au moins deux capteurs de température 17. Les capteurs de température 17 sont configurés pour recueillir des données relatives à la température de l’un des corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1. De préférence, les capteurs de température 17 sont fixés au carter de compresseur haute pression 412 ou au carter de turbine haute pression 422.
Préférentiellement, les deux capteurs de température 17 sont situés sur un carter entourant la veine primaire à une distance de moins de 20 cm et, préférentiellement encore, à une distance de moins de 10 cm de la veine primaire. Les capteurs de température 17 sont situés en vis-à-vis du compresseur haute pression 41 ou de la turbine haute pression 42.
De préférence, les deux capteurs de température 17 comprennent un premier capteur de température 171 situé sur une partie haute du corps 35, 45 du moteur à turbine à gaz 1 et un deuxième capteur de température 172 situé sur une partie basse du corps 36, 46 du moteur à turbine à gaz 1.
Plus précisément, le premier capteur de température 171 est situé sur une partie haute du carter de compresseur haute pression 412 ou sur une partie haute du carter de turbine haute pression 422 et le deuxième capteur de température 172 est situé sur une partie basse du carter du compresseur haute pression 412 ou du carter de turbine haute pression 422. Ces capteurs de température 17 permettent de recueillir différentes valeurs de température du moteur à turbine à gaz 1 qui permettront de calculer un gradient de température entre une partie haute du corps 35, 45 du moteur à turbine à gaz 1 et une partie basse du corps 36, 46 du moteur à turbine à gaz 1. Les termes « haute » et « basse » sont à interpréter en considérant le moteur à turbine à gaz 1 monté fixe sur un aéronef 100, l’aéronef 100 étant posé sur un sol horizontal. En d’autres termes, une partie basse du corps 36, 46 du moteur à turbine à gaz 1 est située plus proche du sol qu’une partie haute du corps 35, 45 du moteur à turbine à gaz 1 lorsque le moteur à turbine à gaz 1 est attaché à l’aéronef 100 et que l’aéronef 100 est posé sur le sol horizontal. De préférence, les deux capteurs de température 17 sont situés l’un par rapport à l’autre en des positions diamétralement opposées par rapport à l’axe de rotation X.
En outre, avantageusement, le moteur à turbine à gaz 1 comprend un capteur de vitesse de rotation 18. De préférence, le capteur de vitesse de rotation 18 est configuré pour mesurer la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement haute pression 43. Le capteur de vitesse de rotation 18 est par exemple fixé à l’arbre d’entrainement haute pression 43.
Alternativement, le capteur de vitesse de rotation 18 peut être fixé sur l’arbre radial de transmission 151 relié au boitier d’entrainement accessoires 150. Dans ce cas, la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement haute pression 43 est obtenue à partir de la mesure de vitesse de rotation de l’arbre radial de transmission 151 et un rapport d’engrènement entre l’arbre d’entrainement haute pression 43 et l’arbre radial de transmission 151.
Enfin, de préférence, le moteur à turbine à gaz 1 comprend un capteur de vibration. Le capteur de vibration 19 est configuré pour mesurer un paramètre de vibrations d’un corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1. Le paramètre de vibration est par exemple un déplacement, une vitesse ou une accélération. Ce paramètre de vibration s’exprime par exemple en mils DA dans le cadre de la mesure d’un paramètre de vibrations d’un corps basse pression 3 et en inch/sec PeaK dans le cadre de la mesure d’un paramètre de vibrations d’un corps haute pression 4. Le capteur de vibration 19 est par exemple fixé à un support de palier ou à une bride du corps basse pression 3 ou du corps haute pression 4. Le capteur de vibration 19 est ainsi avantageusement positionné de sorte à bien capter/caractériser les vibrations du moteur à turbine à gaz 1. La position du capteur de vibration 19 peut donc varier en fonction du modèle de du moteur à turbine à gaz 1.
En référence à la , la présente invention concerne un procédé de pilotage du moteur à turbine à gaz 1. Le présent procédé est de préférence mis en œuvre avant que l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 tourne à une vitesse de rotation de ralenti. La vitesse de rotation au ralenti de l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 (ci-après nommée « vitesse de ralenti du moteur à turbine à gaz 1 » dans un souci de concision) est typiquement la vitesse de rotation minimale et stabilisée du moteur. La vitesse de ralenti du moteur à turbine à gaz 1 est une vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 lorsque l’aéronef 100 est au sol, à l’arrêt ou en déplacement, par exemple pour les phases d’attente ou de roulage (en anglais taxiing). La vitesse de ralenti du moteur à turbine à gaz 1 est typiquement la vitesse de rotation minimale à laquelle l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 tourne après le démarrage du moteur à turbine à gaz 1. La période de démarrage du moteur à turbine à gaz 1 est celle durant laquelle un démarreur-générateur est nécessaire pour entrainer l’arbre d’entrainement 33, 43 en rotation. On comprend donc que la vitesse de ralenti du moteur à turbine à gaz 1 est la vitesse atteinte par le moteur à turbine à gaz 1 lorsque le démarreur-générateur est éteint (i.e. la période de démarrage est donc terminée).
Le procédé comprend tout d’abord une étape a) dans laquelle un gradient de température entre une première partie du corps 35, 45 du moteur à turbine à gaz 1 et la deuxième partie du corps 36, 46 est estimé. De préférence et plus précisément, le gradient de température est un gradient de température entre la première partie du corps haute pression 45 (et non pas la première partie du corps basse pression 35) du moteur à turbine à gaz 1 et la deuxième partie du corps haute pression 46 (et non pas la deuxième partie du corps basse pression 36) du moteur à turbine à gaz 1. De préférence, le gradient de température est obtenu à partir d’au moins deux valeurs de température qui sont mesurées par les deux capteurs de température 17 du moteur à turbine à gaz 1 (i.e. le premier capteur de température 171 situé sur la première partie du corps 35, 45 du moteur à turbine à gaz 1 et le deuxième capteur de température 172 situé sur la deuxième partie du corps 36, 46 du moteur à turbine à gaz 1). De préférence encore, la première partie du corps haute pression 45 du moteur à turbine à gaz 1 est une partie haute du corps haute pression 45 du moteur à turbine à gaz 1 et la deuxième partie du corps haute pression 46 du moteur à turbine à gaz 1 est une partie basse du corps haute pression 46 du moteur à turbine à gaz 1.
Ainsi, préférentiellement, le gradient de température estimé est obtenu à partir de de valeurs de température mesurées dans la partie haute du corps 35, 45 du moteur à turbine à gaz 1, située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz 1, et de valeurs de température mesurées dans la partie basse du corps 36, 46 du moteur à turbine à gaz 1, située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz 1, lorsque le moteur à turbine à gaz 1 est attaché à un aéronef 100. Le gradient de température est ainsi obtenu à partir d’au moins deux valeurs de température dont une première valeur de température d’une partie haute du corps 35, 45 du moteur à turbine à gaz 1 et une deuxième valeur de température d’une partie basse du corps 36, 46 du moteur à turbine à gaz 1. De préférence, le gradient de température estimé est estimé à partir d’au moins deux valeurs de température dont une première valeur de température d’une partie haute du corps haute pression 45 (de préférence une partie haute du compresseur haute pression 415) et une deuxième valeur de température d’une partie basse du corps haute pression 46 (de préférence une partie basse du compresseur haute pression 417). Ainsi, le gradient de température estimé est avantageusement représentatif de la variation de température entre la partie haute du corps haute pression 45 et la partie basse du corps haute pression 46. Suite à l’arrêt du moteur à turbine à gaz 1, la température des corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1 devient hétérogène. C’est en particulier la température du corps haute pression 4 qui devient hétérogène. En effet, en fonctionnement du moteur à turbine à gaz 1, le corps haute pression 4 est bien plus chaud que le corps basse pression 3. Pendant le refroidissement du moteur à turbine à gaz 1, la partie basse du corps haute pression 46 refroidit plus vite que la partie haute du corps haute pression 45. Cela s’explique simplement par le fait que l’air dans le moteur à turbine à gaz à l’arrêt se stratifie, l’air chaud plus léger monte. Ainsi, l’air chauffé par les composants du moteur à turbine à gaz 1 se refroidissant a tendance à monter. Par conséquent, la partie haute du corps haute pression 45 est chauffée par de l’air chaud tandis que la partie basse du corps haute pression 46 est moins sujette à ce phénomène et refroidit donc plus vite que la partie haute du corps haute pression 45. Après environ une heure à deux heures d’arrêt du moteur à turbine à gaz 1, la différence de température entre un point de la partie haute du corps haute pression 45 et un point de la partie basse du corps haute pression 46 est typiquement comprise entre 30 et 50 degrés. Le gradient de température du corps haute pression 4 estimé est donc représentatif de l’hétérogénéité thermique du corps haute pression 4 dû à ce phénomène.
Préférentiellement, l’étape a) du procédé est mise en œuvre avant ou pendant le démarrage du moteur à turbine à gaz 1. Typiquement, le démarrage du moteur à turbine à gaz 1 comprend, de façon non limitative, les étapes suivantes :
- Entrainement en rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1, de préférence par le démarreur-générateur, jusqu’une vitesse de rotation de démarrage,
- Compression d’air ambiant par les compresseurs 31, 41 en rotation et entrée de l’air comprimé dans la chambre de combustion 5 dans laquelle du carburant est injecté,
- Combustion du mélange air comprimé-carburant engendrant des flux de gaz fortement dilatés,
- Les flux de gaz traversent les turbines 32, 42 puis sortent du moteur à turbine à gaz 1 via la tuyère d’échappement 6 et l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 est entraîné en rotation grâce à ces flux de gaz,
- Extinction du démarreur-générateur.
Le démarrage est terminé lorsque le moteur à turbine à gaz 1 fonctionne de façon autonome c’est-à-dire lorsque l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 tourne sans nécessiter un entrainement par le démarreur-générateur. Une fois le démarrage terminé, on considère que le moteur à turbine à gaz 1 est démarré.
Le gradient de température peut donc être estimé avant même le démarrage du moteur à turbine à gaz 1, i.e. avant l’entrainement en rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 jusqu’une vitesse de rotation de démarrage. Aussi, le gradient de température peut être estimé pendant le démarrage du moteur à turbine à gaz 1. En estimant le gradient de température avant ou pendant le démarrage du moteur à turbine à gaz 1, le gradient de température estimé est représentatif de l’hétérogénéité de température du corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1 pendant ou suite à un arrêt du moteur à turbine à gaz 1.
A noter que l’estimation de gradient thermique peut être réalisée à partir de différents types de mesures de valeurs de températures. Par exemple, selon un premier mode de réalisation, les mesures peuvent être réalisées au banc d’essai, c’est-à-dire lorsque le moteur à turbine à gaz 1 n’est pas monté sur un aéronef et qu’il est testé. Dans ce cas, la mesure des valeurs de température pour l’estimation du gradient de température peut être effectuée lorsque le moteur à turbine à gaz 1 est déjà démarré pour connaitre l’évolution de l’hétérogénéité de température du corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1 pendant le démarrage ou suite au démarrage et suite à un arrêt du moteur à turbine à gaz 1. Selon un second mode de réalisation, les mesures de valeurs de température sont réalisées en flotte, c’est-à-dire lorsque que moteur à turbine à gaz 1 est monté sur un aéronef et que l’aéronef est utilisé. Les mesures de température sont donc réalisées en « conditions réelles », i.e. dans des conditions d’utilisation traditionnelles d’un moteur à turbine à gaz 1. Dans ce cas, on capte les valeurs de température avant et pendant les premiers instants de la mise en rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 jusqu’à un instant t (inférieur à 5 min, préférentiellement inférieur à 1 min, encore plus préférentiellement inférieur à 15 secondes) et en fonction du gradient estimé à partir à partir des mesures, on choisit le profil de variation selon l’étape b). L’instant t est fonction du régime et de la position des modes. Selon un troisième mode de réalisation, les mesures de température sont réalisées sur un jumeau numérique du moteur à turbine à gaz 1, donc de manière simulée. En d’autres termes, le présent procédé peut être mis en œuvre sur un moteur à turbine à gaz 1 dans différentes conditions (banc d’essai, flotte, simulation…) qui ne se limitent pas à la présente description.
Puis, dans une étape b), le gradient de température estimé est comparé à un seuil de gradient de température prédéfini. Le seuil de gradient de température prédéfini correspond à un gradient de température d’un corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1 à partir duquel un arbre d’entrainement 33, 43 du moteur à turbine à gaz 1 est courbé de telle sorte que, lorsque l’arbre d’entrainement 33, 43 est entrainé en rotation, des dégradations du moteur à turbine à gaz 1 ont lieu. Ici, l’arbre d’entrainement 33, 43 concerné est de préférence l’arbre d’entrainement haute pression 43. Plus précisément, le seuil de gradient de température prédéfini correspond à un gradient de température du corps 3 ou 4 du moteur à turbine à gaz 1 à partir duquel l’arbre d’entrainement 33 ou 43 est courbé de telle sorte que, lorsqu’il est entrainé en rotation, il entre en vibration au point de causer des dégradations du moteur à turbine à gaz 1. En d’autres termes encore, le seuil de gradient de température correspond à un gradient de température du corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1 à partir duquel l’arbre d’entrainement 33, 43 est courbé de telle sorte que, lorsqu’il est entrainé en rotation, il est susceptible de générer une entrée en résonance du corps 3 ou 4, ce qui entraine des dégradations du moteur à turbine à gaz 1. Ainsi, le seuil de gradient de température est associé à une flexion d’un arbre d’entrainement 33, 43, flexion à partir de laquelle il est estimé que l’arbre d’entrainement 33, 43 sera courbé au point d’engendrer des dégradations du moteur à turbine à gaz 1. En conséquence, le gradient de température estimé permet de déterminer une estimation de la flexion de l’arbre d’entrainement 33, 43, par exemple un rayon de courbure. Plus précisément, le gradient de température estimé permet de déterminer une flèche, i.e. une valeur maximale de déplacement, de l’arbre d’entrainement 33, 43. Puis, la flèche permet de déterminer la flexion de l’arbre d’entrainement 33, 43. Ainsi, le gradient de température permet de savoir à quel point l’arbre d’entrainement 33, 43 est courbé. De préférence, un modèle est utilisé pour déterminer la flexion de l’arbre d’entrainement 33, 43 en fonction du gradient de température estimé. En comparant le gradient de température estimé au seuil de gradient de température, il est possible de déterminer si l’arbre d’entrainement 33, 43 est courbé à tel point que des dégradations du moteur à turbine à gaz 1 auront lieu.
Si le gradient de température estimé est inférieur au seuil de gradient de température prédéfini, dans une étape c), l’arbre d’entrainement 33, 43 est entrainé en rotation avec une vitesse de rotation qui varie au cours du temps selon un premier profil de variation de vitesse de rotation. Le premier profil de variation de vitesse de rotation est un profil de variation de vitesse de rotation classique pour l’atteinte de la vitesse de rotation de ralenti de l’arbre d’entrainement 33, 43. En fait, si le gradient de température est inférieur au seuil de gradient de température prédéfini, il est estimé que l’arbre d’entrainement 33, 43 n’est pas courbé au point d’être susceptible de générer une entrée en résonance du corps 3, 4 car le corps 3, 4 a suffisamment refroidit et est refroidi de façon suffisamment homogène. En conséquence, le moteur à turbine à gaz 1 est piloté pour fonctionner normalement, c’est-à-dire d’une manière classique de fonctionnement d’un moteur à turbine à gaz 1. Comme expliqué précédemment, le présent procédé est mis en œuvre avant que le moteur à turbine à gaz 1 fonctionne selon un régime de ralenti, c’est-à-dire avant que l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne à une vitesse de rotation de ralenti. Le premier profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps est un profil de variation de vitesse de rotation d’un arbre d’entrainement 33, 43 classique, avant l’atteinte d’une vitesse de rotation de ralenti. Typiquement, l’arbre d’entrainement 33, 43 est entrainé en rotation avec une vitesse de rotation qui augmente au cours du temps en raison d’une accélération appliquée à l’arbre d’entrainement 33, 43 par le démarreur-générateur. Généralement, une accélération est appliquée à l’arbre d’entrainement 33, 43 par le démarreur-générateur pendant le démarrage pour permettre à l’arbre d’entrainement 33, 43 d’accélérer jusqu’à atteindre une vitesse de rotation de ralenti. Un exemple de premier profil de variation de vitesse de rotation C1 est illustré en . Les courbes C1 et C2 de la illustrent des évolutions de la vitesse de rotation en fonction du temps.
En revanche, si le gradient de température estimé est supérieur au seuil de gradient de température prédéfini, dans une étape d), le démarreur-générateur 15 est commandé pour entrainer en rotation l’arbre d’entrainement 33, 43 de manière à faire varier la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 selon un deuxième profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps tel que, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 est comprise dans un intervalle critique de vitesses de rotation, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 est supérieure à une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 selon le premier profil de variation de vitesse de rotation dans le même intervalle critique de vitesses de rotation. En effet, des dégradations du moteur à turbine à gaz 1 ont lieu lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 courbé est comprise dans un intervalle critique de vitesses de rotation car l’arbre d’entrainement 33, 43, et donc le corps 3, 4, vibre plus intensément. Plus particulièrement, si l’arbre d’entrainement 33, 43 courbé tourne selon une vitesse comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation, le corps 3, 4 est susceptible d’entrer en résonnance. Grâce à la mise en œuvre de l’étape d), l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne le moins longtemps possible selon une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation, ce qui permet de limiter les dégradations du moteur à turbine à gaz 1. En d’autres termes, plus la période durant laquelle la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation est courte, plus la période durant laquelle l’arbre d’entrainement 33, 43 vibre intensément est courte et plus la période durant laquelle l’arbre d’entrainement 33, 43 génère des dégradations du moteur à turbine à gaz 1 est courte et moins intense. La période durant laquelle l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne à une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation est réduite par rapport au profil classique d’entrainement de l’arbre d’entrainement 33, 43. Il en découle que les conséquences néfastes (i.e. dégradations du moteur à turbine à gaz 1) de l’arbre d’entrainement 33, 43 courbé seront réduites. Ainsi, l’étape d) consiste à commander le moteur électrique 15 pour, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation, accélérer l’arbre d’entrainement 33, 43, si le gradient de température est supérieur au seuil de gradient de température. Ainsi, la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 varie selon un deuxième profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps qui est différent du premier profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps. En effet, si la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 varie selon le deuxième profil de variation de vitesse de rotation, alors la vitesse de l’arbre d’entrainement 33, 43, lorsqu’elle est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation, augmente plus rapidement que si la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 variait selon le premier profil. Un exemple de deuxième profil de variation de vitesse de rotation C2 est illustré en . Si le gradient de température est supérieur au seuil de gradient de température, l’arbre d’entrainement 33, 43 est accéléré, lorsque sa vitesse de rotation est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation, par le moteur électrique 15 et cette accélération est supérieure à une accélération de l’arbre d’entrainement 33, 43 si le gradient de température était inférieur au seuil de gradient de température. Pour appliquer cette accélération, le moteur électrique 15 applique une puissance sur l’arbre d’entrainement 33, 43. La courbe C3 de la illustre cette application de puissance. La courbe C3 est une courbe binaire schématique (état A lorsqu’aucune puissance n’est appliquée et état B lorsqu’une puissance est appliquée) qui schématise la fourniture de la puissance à l’arbre d’entrainement 33, 43 lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 atteint la borne inférieure de l’intervalle critique de vitesse de rotation.
Le présent procédé n’impose pas l’attente de l’aéronef 100 sur le tarmac le temps que la température du corps 3, 4 s’homogénéise avant de pouvoir démarrer le moteur à turbine à gaz 1 de l’aéronef 100. L’étape d) du présent procédé est mise en œuvre pendant le processus de démarrage du moteur à turbine à gaz 1. Le procédé de pilotage qui vient d’être décrit permet donc de limiter les dégradations du moteur à turbine à gaz 1 causées par l’hétérogénéité thermique du corps 3, 4 sans empêcher le démarrage du moteur à turbine à gaz 1.
Dans l’étape d), le moteur électrique 15 accélère l’arbre d’entrainement 33, 43 pour passer plus rapidement l’intervalle critique de vitesses de rotation. L’intervalle critique de vitesses de rotation est l’ensemble des vitesses de rotation comprises entre un premier seuil de vitesse de rotation et un deuxième seuil de vitesse de rotation. Le premier seuil de vitesse de rotation est la borne inférieure de l’intervalle critique de vitesses de rotation. Le deuxième seuil de vitesse de rotation est la borne supérieure de l’intervalle critique de vitesses de rotation. Dès que la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 atteint le premier seuil de vitesse de rotation, le moteur électrique 15 accélère l’arbre d’entrainement 33, 43 pour que l’arbre d’entrainement 33, 43 atteigne une vitesse de rotation supérieure au deuxième seuil de vitesse de rotation. Par exemple, le moteur électrique 15 peut accélérer l’arbre d’entrainement 33, 43 lorsque celui-ci tourne à une vitesse de 3500 tours par minute jusqu’à ce que l’arbre d’entrainement 33, 43 atteigne une vitesse de 7000 tours par minute. Le capteur de vitesse de rotation 18 permet de détecter quand l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne à une vitesse de rotation égale au premier seuil de vitesse de rotation ou au deuxième seuil de vitesse de rotation. On comprend donc que, si le gradient de température estimé est supérieur au seuil de gradient de température prédéfini, le moteur électrique 15 accélère l’arbre d’entrainement 33, 43 dès que l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne à une vitesse de rotation égale au premier seuil de vitesse de rotation. Ainsi, entre le premier seuil de vitesse de rotation et le deuxième seuil de vitesse de rotation, la vitesse de rotation augmente plus vite selon le deuxième profil de variation de vitesse de rotation que selon le premier profil de variation de vitesse de rotation.
Les premier et deuxième seuils de vitesse de rotation sont de préférence prédéterminés et dépendent du moteur à turbine à gaz 1. L’intervalle critique de vitesses de rotation dépend du type (i.e. du modèle) du moteur à turbine à gaz 1. La vitesse de rotation susceptible de générer une entrée en résonnance du corps (3, 4), qui causerait des dégradations du moteur à turbine à gaz 1, dépend de la géométrie du moteur à turbine à gaz 1 et donc du type du moteur à turbine à gaz 1. Ainsi, les premier et deuxième seuils de vitesse de rotation sont prédéterminés pour un moteur à turbine à gaz 1.
Le moteur électrique 15 est configuré pour fournir, appliquer une puissance à l’arbre d’entrainement 33, 43 et permet d’accélérer la rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43. De la puissance appliquée par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 découle directement l’accélération de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 causée par le moteur électrique 15. Plus précisément, plus la puissance appliquée par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 est importante, plus l’accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 est importante. La puissance appliquée par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 dépend tout d’abord du moteur électrique 15 utilisé. En effet, la puissance appliquée par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 ne peut pas dépasser la puissance maximale applicable par le moteur électrique 15. Dans un mode de réalisation, la puissance appliquée par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 est fixe. Par exemple, le moteur électrique 15 applique une puissance constante de 350kW à l’arbre d’entrainement 33, 43.
De préférence, une puissance fournie par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 lors de l’étape d) lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation est déterminée à partir du gradient de température. De cette manière, la puissance fournie par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 dépend de la flexion de l’arbre de d’entraînement 33,43 causée par le gradient de température. Plus le gradient de température est important, plus la flexion de l’arbre d’entrainement 33, 43 est importante et plus les vibrations du corps 3, 4 sont susceptibles d’être importantes lorsque l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne à une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation. Par conséquent, plus le gradient de température est important, plus les dégradations du moteur à turbine à gaz 1 sont susceptibles d’être importantes. Donc, il est d’autant plus souhaité que l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne durant une plage de temps la plus réduite possible à une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation. Ainsi, si le gradient de température est important, il est souhaité d’accélérer plus intensément la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 lorsque l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne à une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation. Si le gradient de température est faible, les dégradations du moteur à turbine à gaz 1 sont moins importantes et il n’est pas autant nécessaire que l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne durant une plage de temps la plus réduite possible à une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation. En bref, plus le gradient de température est important, plus la puissance appliquée par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 est importante pour plus accélérer la rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 dans l’intervalle critique de vitesses de rotation.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le procédé comprend une étape de mesurer une première valeur d’un paramètre de vibration du corps 3, 4, et la puissance fournie par le moteur électrique (15) est déterminée en outre à partir de la première valeur du paramètre de vibration du corps (3,4). En d’autres termes, la puissance appliquée par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 est déterminée en fonction d’au moins une mesure d’au moins un paramètre de vibration d’un corps 3, 4 du moteur à turbine à gaz 1. En fait, lors du démarrage du moteur à turbine à gaz 1, la valeur du paramètre de vibration permet d’estimer l’intensité des vibrations du corps 3, 4 lorsque l’arbre d’entrainement 33, 43 tournera à une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation. Ainsi, la puissance fournie par le par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 est adaptée à cette estimation d’intensité de vibrations. Le raisonnement est ici le même que dans le paragraphe précédent concernant la détermination de la puissance fournie par moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 à partir du gradient de température. S’il est estimé que les vibrations seront particulièrement intenses, il est souhaité d’accélérer plus intensément la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 lorsque l’arbre d’entrainement 33, 43 tourne à une vitesse de rotation comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation. Ainsi, s’il est estimé que les vibrations seront particulièrement intenses, la puissance fournie par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 doit être plus importante que s’il était estimé que les vibrations seront peu intenses car l’arbre d’entrainement 33, 43 doit plus être accéléré lors du passage de l’intervalle critique de vitesses de rotation.
De préférence, la puissance fournie par le moteur électrique 15 à l’arbre d’entrainement 33, 43 est adaptée pour ne pas causer des vibrations supplémentaires qui généreraient une dégradation du moteur à turbine à gaz 1. En effet, l’accélération de l’arbre d’entrainement 33, 43 commandée par le moteur électrique 15 peut avoir pour conséquence des vibrations du corps 3, 4 et donc des dégradations du moteur à turbine à gaz 1. Il est donc souhaité que l’intensité des vibrations dues à l’accélération de l’arbre d’entrainement 33, 43 ne dépasse pas un seuil de paramètre de vibration et donc que l’accélération de l’arbre d’entrainement 33, 43 ne doit pas dépasser un certain seuil d’accélération correspondant. Par conséquent, durant la mise en œuvre de l’étape d), des deuxièmes valeurs d’un paramètre de vibration du corps 3, 4 sont mesurées par un capteur de vibration 18 puis sont comparées au seuil de paramètre de vibration. De telle sorte, il est vérifié que l’intensité des vibrations du corps ne dépassent pas le seuil de paramètre de vibration. Si une deuxième valeur d’un paramètre de vibration du corps 3, 4 est supérieure au seuil de paramètre de vibration, le moteur électrique 15 est commandé pour que la puissance fournie à l’arbre d’entrainement 33, 43 soit diminuée et que, par conséquent, l’accélération de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43 soit diminuée.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le procédé de pilotage du moteur à turbine à gaz 1 comprend une étape a0), préalable à l’étape a), au cours de laquelle le moteur électrique 15 entraine en rotation l’arbre d’entrainement 33, 43 de manière à faire tourner l’arbre d’entrainement 33, 43 avec une vitesse de rotation faible, inférieure à 10 tours par minute. Préférentiellement, la vitesse de rotation ralentie est inférieure à 5 tours par minute. De préférence encore, la vitesse de rotation ralentie est inférieure à 2 tours par minute. De préférence, l’étape a0) est mise en œuvre avant le démarrage du moteur à turbine à gaz, c’est-à-dire lorsque le moteur à turbine à gaz est à l’arrêt. L’étape a0) est par exemple mise en œuvre lorsque l’aéronef 100 est à l’arrêt, sur le tarmac. L’étape a0) permet de limiter l’hétérogénéisation thermique, i.e. diminuer le gradient de température, du corps 3, 4 et donc de l’arbre d’entrainement 33, 43. En effet, en restant en rotation même lorsque le moteur à turbine à gaz 1 est arrêté, le corps 3, 4 et donc l’arbre d’entrainement 33, 43 se refroidit de façon plus homogène que s’il ne tournait pas. Cette technique est nommée « rôtisserie ». En combinant l’effet de la rôtisserie et l’accélération de l’arbre d’entrainement 33, 43 mise en œuvre à l’étape d), les conséquences néfastes de l’arbre d’entrainement 33, 43 courbé sur le moteur à turbine à gaz 1 sont significativement réduites. La rôtisserie permet de limiter la flexion de l’arbre d’entrainement 33, 43 et l’accélération de l’arbre d’entrainement 33, 43 permet de réduire le temps durant lequel l’arbre d’entrainement 33, 43 courbé dégrade le moteur à turbine à gaz 1.
Préférentiellement, le procédé comprend en outre une étape de pilotage de la pression d’au moins un film fluide amortisseur 75 disposé entre l’arbre d’entrainement 33, 43 et le carter du moteur à turbine à gaz 14. Plus précisément, ces films fluides amortisseurs dont la pression est pilotée se situent de préférence entre les paliers de corps haute pression 4 et le carter de corps haute pression 4. Avantageusement, ces films fluides amortisseurs sont des couches lubrifiantes comme de l’huile. Ces films fluides amortisseurs ont pour but d’amortir les vibrations de l’arbre d’entrainement 33, 43. En effet, lorsque l’arbre d’entrainement 33, 43 vibre, comme par exemple lorsqu’il est courbé, tous les composants montés sur l’arbre d’entrainement 33, 43 vibrent, et cela engendre des dégradations du moteur à turbine à gaz 1. Il est donc souhaité d’amortir ces vibrations. Les films fluides amortisseurs entre les paliers 7 et le carter du moteur à turbine à gaz 14 sont prévus à cet effet. Cependant, la pression des films fluides amortisseurs est en général variable car elle dépend de la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement 33, 43. Par exemple, la pression des films fluides amortisseurs peut varier entre deux et huit bars. Ainsi, dans l’art antérieur, les films fluides amortisseurs n’amortissent pas toujours de façon optimale les vibrations de l’arbre d’entrainement 33, 43. Par conséquent, avantageusement, la pression des films fluides amortisseurs est pilotée. La pression peut par exemple être pilotée par une pompe électrique 20. Lorsque le film fluide amortisseur 75 est constituée d’un fluide amortisseur, comme de l’huile, la pompe électrique 20 est reliée au circuit du fluide amortisseur pour piloter sa pression. Selon un mode de réalisation particulier, la pompe électrique 20 est reliée au circuit du fluide amortisseur approvisionnant en fluide amortisseur les films fluides amortisseurs des paliers de corps haute pression 4. Le circuit de fluide amortisseur pour les films fluides amortisseurs des paliers de corps haute pression 72 et des paliers de corps basse pression 74 se séparent à un certain point pour donner un circuit de fluide amortisseur pour les films fluides amortisseurs des paliers de corps haute pression 72 et un circuit de fluide amortisseur pour les films fluides amortisseurs des paliers de corps basse pression 74. De telle sorte, la pompe électrique 20 est uniquement reliée au circuit de fluide amortisseur pour les films fluides amortisseurs des paliers de corps haute pression 72 pour piloter la pression des films fluides amortisseurs des paliers de corps haute pression 72. Piloter la pression signifie contrôler la pression. En pilotant la pression des films fluides amortisseurs, l’amortissement des vibrations de l’arbre d’entrainement 33, 43 est adapté à l’intensité des vibrations de l’arbre d’entrainement 33, 43. Par exemple, si les vibrations s’intensifient, il peut être nécessaire d’augmenter la pression du film fluide amortisseur 75 pour que celle-ci soit apte à absorber au maximum ces vibrations. Ainsi, le pilotage de la pression permet de limiter les vibrations de l’arbre d’entrainement 33, 43, qui peuvent être dues au fait que l’arbre d’entrainement 33, 43 soit courbé. En conséquence, les dégradations engendrées par ces vibrations sont limitées.
Dans la présente description, il est question du corps 3, 4 et de l’arbre d’entrainement 33, 43. De préférence, le corps 3, 4 dont il est question est le corps haute pression 4 et l’arbre d’entrainement 33, 43 est donc l’arbre d’entrainement haute pression 43. En effet, comme expliqué précédemment, l’hétérogénéisation thermique lors du refroidissement du moteur à turbine à gaz est plus importante pour le corps haute pression 4 que pour le corps basse pression 3. C’est donc l’arbre d’entrainement haute pression 43 qui sera plus probablement courbé au point que le corps haute pression 4 soit susceptible d’entrer en résonnance. Ainsi, le présent procédé s’applique surtout au corps haute pression 4.
Toutefois, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des diverses caractéristiques techniques ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (14)
- Procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz (1), le moteur à turbine à gaz (1) comprenant un corps (3, 4) comprenant un compresseur (31, 41), une turbine (32, 42) et un arbre d’entrainement (33, 43), la turbine (32, 42) étant propre à entrainer le compresseur (31, 41) par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement (33, 43), et un moteur électrique (15) propre à entrainer l’arbre d’entrainement (33, 43) en rotation, le procédé de pilotage comprenant les étapes de :
a) estimer un gradient de température entre une première partie du corps (35, 45) et une deuxième partie du corps (36, 46),
b) comparer le gradient de température estimé à un seuil de gradient de température prédéfini, et
c) si le gradient de température est inférieur au seuil de gradient de température prédéfini, entrainer en rotation l’arbre d’entrainement (33, 43) avec une vitesse de rotation qui varie au cours du temps selon un premier profil de variation de vitesse de rotation,
d) si le gradient de température est supérieur au seuil de gradient de température prédéfini, commander le moteur électrique (15) pour entrainer en rotation l’arbre d’entrainement (33, 43) de manière à faire varier la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) selon un deuxième profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps, tel que, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est comprise dans un intervalle critique de vitesses de rotation, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est supérieure à une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) selon le premier profil de variation de vitesse de rotation dans le même intervalle critique de vitesses de rotation. - Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel le moteur électrique (15) est un démarreur-générateur.
- Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel l’arbre d’entrainement (33, 43) est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz (1), et le gradient de température estimé est obtenu à partir de mesures de température dans une partie haute du corps (35, 45) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), et de mesures de température dans une partie basse du corps (36, 46) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), lorsque le moteur à turbine à gaz (1) est attaché à un aéronef (100).
- Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’intervalle critique de vitesses de rotation inclut une vitesse de rotation susceptible de générer une entrée en résonance du corps (3, 4) compte tenu d’une courbure de l’arbre d’entrainement (33, 43).
- Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’intervalle critique de vitesses de rotation est défini entre un premier seuil de vitesse de rotation et un deuxième seuil de vitesse de rotation, le premier seuil de vitesse de rotation et le deuxième seuil de vitesse de rotation étant prédéterminés et dépendant du moteur à turbine à gaz (1).
- Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel une puissance fournie par le moteur électrique (15) à l’arbre d’entrainement (33, 43) lors de l’étape d) lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation est déterminée à partir du gradient de température.
- Procédé de pilotage selon la revendication 6, comprenant une étape de mesurer une première valeur d’un paramètre de vibration du corps (3,4), la puissance fournie par le moteur électrique (15) étant déterminée en outre à partir de la première valeur du paramètre de vibration du corps (3,4).
- Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une étape de démarrage du moteur à turbine à gaz (1) et une étape préalable à l’étape de démarrage du moteur à turbine à gaz (1) au cours de laquelle le moteur électrique (15) entraine en rotation l’arbre d’entrainement (33, 43) de manière à faire tourner l’arbre d’entrainement (33, 43) à une vitesse de rotation inférieure à 10 tours par minute.
- Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une étape de piloter la pression d’au moins un film fluide amortisseur (75) disposé entre l’arbre d’entrainement (33, 43) et un carter du moteur à turbine à gaz (1).
- Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’étape d) comprend la fourniture d’une puissance par le moteur électrique (15) à l’arbre d’entrainement (33, 43) lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est comprise dans l’intervalle critique, une étape de mesurer une deuxième valeur d’un paramètre de vibration du corps (3,4) et, si la deuxième valeur du paramètre de vibration du corps (3,4) est supérieure à un seuil de paramètre de vibration, la puissance fournie par le moteur électrique (15) à l’arbre d’entrainement (33, 43) est diminuée.
- Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le corps (3,4) est un corps haute pression (4), le compresseur (31, 41) est un compresseur haute pression (41), la turbine (32, 42) est une turbine haute pression (42) et l’arbre d’entrainement (33, 43) est un arbre d’entrainement haute pression (43), et dans lequel le moteur à turbine à gaz (1) comprend en outre un corps basse pression (3) comprenant une soufflante (2), une turbine basse pression (32) et un arbre d’entrainement basse pression (33), la turbine basse pression (32) étant propre à entrainer la soufflante (2) par l’intermédiaire de l’arbre basse pression (33).
- Moteur à turbine à gaz (1), comprenant un corps (3,4) comprenant un compresseur (31, 41), une turbine (32, 42) et un arbre d’entrainement (33, 43), la turbine (32, 42) étant propre à entrainer le compresseur (31, 41) par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement (33, 43), un moteur électrique (15) propre à entrainer l’arbre d’entrainement (33, 43) en rotation, et un module de commande configuré pour piloter le moteur à turbine à gaz (1) selon les étapes du procédé défini par l’une des revendications 1 à 11.
- Moteur à turbine à gaz (1) selon la revendication 12, dans lequel l’arbre d’entrainement (33, 43) est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz (1), et comprenant au moins deux capteurs de température (17, 171, 172), incluant un premier capteur de température (171) configuré pour mesurer une première température d’une partie haute du corps (35, 45) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), et un deuxième capteur de température (172) configuré pour mesurer une deuxième température d’une partie basse du corps (36, 46) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), lorsque le moteur à turbine à gaz (1) est attaché à un aéronef (100).
- Aéronef (100) caractérisé en ce qu’il comprend le moteur à turbine à gaz (1) selon l’une des revendications 12 et 13.
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