FR3133404A1 - Air boost system for fuel conditioning system and method of use - Google Patents

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FR3133404A1 FR2202093A FR2202093A FR3133404A1 FR 3133404 A1 FR3133404 A1 FR 3133404A1 FR 2202093 A FR2202093 A FR 2202093A FR 2202093 A FR2202093 A FR 2202093A FR 3133404 A1 FR3133404 A1 FR 3133404A1
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Nicolas Claude PARMENTIER
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Abstract

Un système de suralimentation en air (1) pour système de conditionnement (SC) de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur (T) d’aéronef à partir de carburant (Q), le système de conditionnement (SC) étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide (QL) issu du réservoir cryogénique (RC) et par un flux d’air d’alimentation (A3) afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux (QG) pour alimenter le turbomoteur (T), le système de suralimentation en air (1) comprenant un échangeur de chaleur (50) configuré pour refroidir un flux d’air haute pression (A2) issu du turbomoteur (T) à partir du flux d’air basse pression (A1) issu du turbomoteur (T), et un compresseur (61) configuré pour comprimer le flux d’air haute pression (A2f) issu de l’échangeur de chaleur (50) en un flux d’air d’alimentation (A3) destiné au système de conditionnement (SC). Figure de l’abrégé : Figure 1An air supercharging system (1) for a fuel conditioning system (SC) configured to supply an aircraft turbine engine (T) with fuel (Q), the conditioning system (SC) being configured to be supplied with entry by a flow of liquid fuel (QL) from the cryogenic tank (RC) and by a flow of supply air (A3) in order to generate, at the outlet, a flow of gaseous fuel (QG) to supply the turbine engine ( T), the air supercharging system (1) comprising a heat exchanger (50) configured to cool a high pressure air flow (A2) coming from the turbine engine (T) from the low pressure air flow (A1 ) coming from the turbine engine (T), and a compressor (61) configured to compress the high pressure air flow (A2f) coming from the heat exchanger (50) into a supply air flow (A3) intended to the conditioning system (SC). Abstract Figure: Figure 1

Description

Système de suralimentation en air pour système de conditionnement de carburant et procédé d’utilisationAir boost system for fuel conditioning system and method of use

La présente invention concerne le domaine des aéronefs comportant au moins un turbomoteur alimenté par du carburant stocké dans un réservoir de carburant cryogénique.The present invention relates to the field of aircraft comprising at least one turbine engine powered by fuel stored in a cryogenic fuel tank.

Il est connu de stocker du carburant, en particulier de l’hydrogène, sous forme liquide et à température basse pour limiter l’encombrement et la masse des réservoirs de l’aéronef.It is known to store fuel, in particular hydrogen, in liquid form and at low temperature to limit the size and mass of the aircraft tanks.

Afin de pouvoir être injecté dans la chambre de combustion d’un turbomoteur, le carburant doit être pompé du réservoir et chauffé afin de permettre une combustion optimale. Une telle étape de chauffage est par exemple nécessaire pour réduire le risque de givrage de la vapeur d’eau contenue dans l’air qui circule dans le turbomoteur, en particulier, au niveau des injecteurs de carburant du turbomoteur.In order to be injected into the combustion chamber of a turbine engine, the fuel must be pumped from the tank and heated to allow optimal combustion. Such a heating step is for example necessary to reduce the risk of icing of the water vapor contained in the air circulating in the turbine engine, in particular, at the level of the fuel injectors of the turbine engine.

Il a été proposé dans l’art antérieur de prévoir un système de conditionnement, alimenté en entrée avec du carburant liquide et de l’air afin de générer en sortie un flux de carburant gazeux. Un tel système de conditionnement permet à l’hydrogène de changer d’état et de passer à l’état gazeux, avant d’être injecté dans la chambre de combustion du turbomoteur pour être consommé. Le flux de carburant gazeux doit être mis à pression suffisante pour être injecté dans le turbomoteur, ce qui impose de prévoir un compresseur supplémentaire apte à générer de très fortes pressions et pouvant résister à de hautes températures. Un tel compresseur est onéreux et est encombrant.It has been proposed in the prior art to provide a conditioning system, supplied at the inlet with liquid fuel and air in order to generate a gaseous fuel flow at the outlet. Such a conditioning system allows the hydrogen to change state and transition to a gaseous state, before being injected into the combustion chamber of the turbine engine for consumption. The gaseous fuel flow must be brought to sufficient pressure to be injected into the turbine engine, which requires the provision of an additional compressor capable of generating very high pressures and capable of withstanding high temperatures. Such a compressor is expensive and bulky.

L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients.The invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks.

PRESENTATION DE L’INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION

A cette fin, l’invention concerne un système de suralimentation en air pour système de conditionnement de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique, le système de conditionnement étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide issu du réservoir cryogénique et par un flux d’air d’alimentation issu d’un système de suralimentation en air afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux pour alimenter le turbomoteur, le système de suralimentation en air comprenant :

  • une première prise d’air configurée pour prélever un flux d’air basse pression issu du turbomoteur,
  • une deuxième prise d’air configurée pour prélever un flux d’air haute pression issu du turbomoteur,
  • un échangeur de chaleur configuré pour refroidir le flux d’air haute pression à partir du flux d’air basse pression,
  • un turbocompresseur, comprenant un compresseur et une turbine, reliés l’un à l’autre via un arbre,
  • le compresseur étant configuré pour comprimer le flux d’air haute pression issu de l’échangeur de chaleur en un flux d’air d’alimentation destiné au système de conditionnement,
  • la turbine étant configurée pour entraîner le compresseur en rotation par circulation ou détente du flux d’air basse pression.
To this end, the invention relates to an air supercharging system for a fuel conditioning system configured to supply an aircraft turbine engine with fuel from a cryogenic tank, the conditioning system being configured to be supplied as an input by a flow of liquid fuel coming from the cryogenic tank and by a flow of supply air coming from an air supercharging system in order to generate, at the outlet, a gaseous fuel flow to supply the turbine engine, the supercharging system in air including:
  • a first air intake configured to take a flow of low pressure air from the turbine engine,
  • a second air intake configured to take a flow of high pressure air from the turbine engine,
  • a heat exchanger configured to cool the high pressure air flow from the low pressure air flow,
  • a turbocharger, comprising a compressor and a turbine, connected to each other via a shaft,
  • the compressor being configured to compress the high pressure air flow from the heat exchanger into a supply air flow intended for the conditioning system,
  • the turbine being configured to drive the compressor in rotation by circulation or expansion of the low pressure air flow.

Ainsi, le système de suralimentation en air permet de comprimer un flux d’air à haute pression via le turbocompresseur, pour ensuite fournir un flux d’air haute pression et à haute température au système de conditionnement. Le flux d’air haute pression participe donc à la hausse de la température à l’intérieur du système de conditionnement, permettant ainsi de générer un flux de carburant gazeux à partir de carburant à l’état liquide. La forte pression du flux d’air à haute pression permet une injection aisée dans le système de conditionnement, en particulier, pour un mélange avec un flux de carburant haute pression. En outre, l’utilisation de flux d’air issus du turbomoteur et d’un turbocompresseur permet de réaliser une compression optimale dans un faible encombrement avec une grande fiabilité.Thus, the air supercharging system makes it possible to compress a flow of high pressure air via the turbocharger, to then provide a flow of high pressure and high temperature air to the conditioning system. The high-pressure air flow therefore contributes to increasing the temperature inside the conditioning system, thus making it possible to generate a flow of gaseous fuel from fuel in the liquid state. The high pressure of the high pressure air flow allows easy injection into the conditioning system, in particular, for mixing with a high pressure fuel flow. In addition, the use of air flows from the turboshaft engine and a turbocharger makes it possible to achieve optimal compression in a small footprint with great reliability.

Par flux d’air basse pression, on entend un flux d’air issu d’un prélèvement d’air basse pression, le flux d’air pouvant avoir traversé préalablement une turbine.By low pressure air flow, we mean an air flow resulting from a low pressure air sample, the air flow may have previously passed through a turbine.

De préférence encore, le turbomoteur comprend une zone de compression d’air, la première prise d’air et la deuxième prise étant reliées fluidiquement à la zone de compression. De manière avantageuse, on dispose dans la zone de compression d’air de flux d’air ayant différentes pressions.More preferably, the turbine engine comprises an air compression zone, the first air intake and the second intake being fluidly connected to the compression zone. Advantageously, air flows having different pressures are available in the air compression zone.

Ainsi, l’air circulant dans la zone de compression est directement utilisé par le système de suralimentation en air. Il n’est pas nécessaire de relier la première prise d’air et la deuxième prise d’air avec l’extérieur de l’aéronef afin de prélever un flux d’air. Cela simplifie le montage du système d’alimentation en air dans les systèmes de conditionnement de carburant tels que décrits.Thus, the air circulating in the compression zone is directly used by the air supercharging system. It is not necessary to connect the first air intake and the second air intake with the exterior of the aircraft in order to sample an air flow. This simplifies the installation of the air supply system in fuel conditioning systems as described.

Selon une première forme de réalisation du système de suralimentation en air, le turbomoteur est à double flux et comprend une veine primaire et une veine secondaire s’étendant autour de la veine primaire, l’échangeur de chaleur est configuré pour évacuer le flux d’air basse pression dans la veine secondaire du turbomoteur.According to a first embodiment of the air supercharging system, the turbine engine is dual flow and comprises a primary vein and a secondary vein extending around the primary vein, the heat exchanger is configured to evacuate the flow of low pressure air in the secondary vein of the turbine engine.

Ainsi, le flux d’air basse pression permet ici d’entraîner la turbine et le compresseur (qui sont liés), avant d’être émis dans la veine secondaire afin de participer à la propulsion. De plus, le flux d’air haute pression permet ici d’alimenter le système de conditionnement, en circulant dans le compresseur, mis en rotation grâce au flux d’air basse pression.Thus, the low-pressure air flow here makes it possible to drive the turbine and the compressor (which are linked), before being emitted into the secondary vein in order to participate in propulsion. In addition, the high pressure air flow here makes it possible to supply the conditioning system, by circulating in the compressor, set in rotation thanks to the low pressure air flow.

Selon la première forme de réalisation, la turbine est entraînée par le flux d’air basse pression directement prélevé à la première prise d’air.According to the first embodiment, the turbine is driven by the flow of low pressure air taken directly from the first air intake.

Selon une deuxième forme de réalisation du système de suralimentation en air :

  • l’échangeur de chaleur étant configuré pour être relié fluidiquement directement à la première prise d’air,
  • la turbine est configurée pour être entraînée par le flux d’air basse pression évacué par l’échangeur de chaleur.
According to a second embodiment of the air supercharging system:
  • the heat exchanger being configured to be fluidly connected directly to the first air intake,
  • the turbine is configured to be driven by the flow of low pressure air exhausted by the heat exchanger.

Ainsi, le flux d’air basse pression circule ici directement dans l’échangeur de chaleur, afin d’entraîner la turbine et le compresseur, avant d’être évacué vers l’extérieur de l’aéronef. De plus, le flux d’air haute pression permet ici d’alimenter le système de conditionnement, en circulant dans le compresseur, mis en rotation grâce au flux d’air basse pression.Thus, the low pressure air flow circulates here directly in the heat exchanger, in order to drive the turbine and the compressor, before being evacuated to the outside of the aircraft. In addition, the high pressure air flow here makes it possible to supply the conditioning system, by circulating in the compressor, set in rotation thanks to the low pressure air flow.

De préférence encore, l’invention concerne un ensemble d’un système de conditionnement de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur d’aéronef à partir de carburant issu d’un réservoir cryogénique et d’un système de suralimentation en air, tel que présenté précédemment, le système de conditionnement étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide issu du réservoir cryogénique et par un flux d’air d’alimentation issu du système de suralimentation en air afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux pour alimenter le turbomoteur.More preferably, the invention relates to an assembly of a fuel conditioning system configured to supply an aircraft turbine engine with fuel from a cryogenic tank and an air supercharging system, as presented previously. , the conditioning system being configured to be supplied at the inlet by a flow of liquid fuel coming from the cryogenic tank and by a flow of supply air coming from the air supercharging system in order to generate, at the outlet, a flow of fuel gas to power the turbine engine.

L’invention concerne également un ensemble d’au moins un réservoir cryogénique, d’un turbomoteur et d’un ensemble tel que présenté précédemment, pour alimenter le turbomoteur à partir de carburant issu du réservoir cryogénique.The invention also relates to an assembly of at least one cryogenic tank, a turbine engine and an assembly as presented previously, for supplying the turbine engine with fuel from the cryogenic tank.

De plus, l’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un système de suralimentation en air tel que décrit précédemment, le procédé comprenant des étapes consistant à :

  • refroidir le flux d’air haute pression à partir du flux d’air basse pression, dans l’échangeur de chaleur, puis
  • comprimer le flux d’air haute pression par entrainement de la turbine par le flux d’air basse pression.
In addition, the invention also relates to a method of using an air supercharging system as described above, the method comprising steps consisting of:
  • cool the high pressure air flow from the low pressure air flow, in the heat exchanger, then
  • compress the high pressure air flow by driving the turbine by the low pressure air flow.

Selon un premier mode de réalisation du procédé, mis en œuvre par la première forme de réalisation du système de suralimentation en air, le procédé comprend les étapes consistant à :

  • entraîner la turbine à partir du flux d’air basse pression prélevé précédemment par la première prise d’air, puis
  • injecter le flux d’air basse pression dans l’échangeur de chaleur afin de refroidir le flux d’air haute pression.
According to a first embodiment of the method, implemented by the first embodiment of the air supercharging system, the method comprises the steps consisting of:
  • drive the turbine from the flow of low pressure air taken previously by the first air intake, then
  • inject the low pressure air flow into the heat exchanger in order to cool the high pressure air flow.

Selon un deuxième mode de réalisation du procédé, mis en œuvre par la deuxième forme de réalisation du système de suralimentation en air, le procédé comprend les étapes consistant à :

  • injecter le flux d’air basse pression directement dans l’échangeur de chaleur, afin de refroidir le flux d’air haute pression, puis
  • entraîner la turbine à partir du flux d’air basse pression évacué par l’échangeur de chaleur.
According to a second embodiment of the method, implemented by the second embodiment of the air supercharging system, the method comprises the steps consisting of:
  • inject the low pressure air flow directly into the heat exchanger, in order to cool the high pressure air flow, then
  • drive the turbine from the flow of low pressure air exhausted by the heat exchanger.

 PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF FIGURES

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.The invention will be better understood on reading the description which follows, given by way of example, and referring to the following figures, given by way of non-limiting examples, in which identical references are given to similar objects .

La est une représentation schématique d’un turbomoteur, d’un système de conditionnement de carburant et d’un système de suralimentation selon l’invention relié à un réservoir cryogénique,There is a schematic representation of a turbine engine, a fuel conditioning system and a supercharging system according to the invention connected to a cryogenic tank,

La est une représentation schématique d’une première forme de réalisation d’un système de suralimentation en air selon l’invention.There is a schematic representation of a first embodiment of an air supercharging system according to the invention.

La est une représentation schématique d’une deuxième forme de réalisation d’un système de suralimentation en air selon l’invention.There is a schematic representation of a second embodiment of an air supercharging system according to the invention.

Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.It should be noted that the figures set out the invention in detail to implement the invention, said figures being able of course to be used to better define the invention if necessary.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

En référence à la , il est représenté une architecture selon une forme de réalisation de l’invention pour conduire du carburant Q d’un réservoir cryogénique RC jusqu’à la chambre de combustion CC d’un turbomoteur T d’un aéronef.In reference to the , there is shown an architecture according to one embodiment of the invention for conducting fuel Q from a cryogenic tank RC to the combustion chamber CC of a turbine engine T of an aircraft.

Le turbomoteur T comprend également une zone de compression d’air CA en amont de la chambre de combustion CC. La zone de compression CA du turbomoteur T comprend une entrée d’air et une sortie d’air entre lesquelles circule un flux d’air d’amont vers l’aval. La zone de compression CA comprend un ou plusieurs étages de compression avec, par exemple, une alternance d’aubes mobiles et d’aubes de redresseur.The T turbine engine also includes an AC air compression zone upstream of the DC combustion chamber. The AC compression zone of the T turbine engine includes an air inlet and an air outlet between which a flow of air circulates from upstream to downstream. The CA compression zone includes one or more compression stages with, for example, an alternation of moving vanes and rectifier vanes.

Dans cet exemple, la chambre de combustion CC est configurée pour être alimentée avec de l’hydrogène liquide mais l’invention s’applique à d’autres types de carburant, par exemple, du méthane liquide ou du gaz naturel liquéfié.In this example, the CC combustion chamber is configured to be supplied with liquid hydrogen but the invention applies to other types of fuel, for example, liquid methane or liquefied natural gas.

Selon l’invention, il est prévu un système de conditionnement de carburant SC configuré pour alimenter la chambre de combustion CC du turbomoteur T à partir de carburant en phase liquide issu du réservoir cryogénique RC.According to the invention, there is provided a fuel conditioning system SC configured to supply the combustion chamber CC of the turbine engine T with liquid phase fuel from the cryogenic tank RC.

En référence à la , le système de conditionnement SC est configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide QL issu du réservoir cryogénique RC et par un flux d’air d’alimentation A3 afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux QG pour alimenter le turbomoteur T. Le système de conditionnement SC permet de collecter des calories à différentes sources de chaleur et/ou de générer des calories, par exemple, par combustion.In reference to the , the conditioning system SC is configured to be supplied at the input by a flow of liquid fuel QL from the cryogenic tank RC and by a flow of supply air A3 in order to generate, at the outlet, a flow of gaseous fuel QG for power the turbine engine T. The conditioning system SC makes it possible to collect calories from different heat sources and/or to generate calories, for example, by combustion.

Le système de conditionnement SC est associé à un système de suralimentation en air 1 configuré pour générer le flux d’air d’alimentation A3.The conditioning system SC is associated with an air supercharging system 1 configured to generate the supply air flow A3.

En référence aux figures 2 et 3, le système de suralimentation en air 1 comprend une première prise d’air E1, une deuxième prise d’air E2, un échangeur de chaleur 50 et un turbocompresseur 60.With reference to Figures 2 and 3, the air supercharging system 1 comprises a first air intake E1, a second air intake E2, a heat exchanger 50 and a turbocharger 60.

De manière préférée, chaque prise d’air E1, E2 se présente sous la forme d’un dispositif de prélèvement d’air.Preferably, each air intake E1, E2 is in the form of an air sampling device.

La première prise d’air E1 est configurée pour prélever un flux d’air basse pression A1 issu du turbomoteur T. La deuxième prise d’air E2 est configurée pour prélever un flux d’air haute pression A2 issu du turbomoteur T. Plus précisément, la première prise d’air E1 est reliée à l’entrée d’air de la zone de compression CA. Le flux d’air basse pression A1 et le flux d’air haute pression A2 sont prélevés dans la zone de compression CA à deux lieux distants axialement afin de bénéficier de flux d’air A1, A2 ayant des pressions et des températures différentes. Par exemple, la deuxième prise d’air E2 est reliée à la sortie d’air de la zone de compression CA. Ainsi, le terme « basse pression » vise à préciser que la pression est plus faible que celle du flux d’air haute pression A2. De manière préférée, le rapport de pression est compris entre 2 et 11.The first air intake E1 is configured to take a flow of low pressure air A1 from the turbine engine T. The second air intake E2 is configured to take a flow of high pressure air A2 from the turbine engine T. More precisely , the first air intake E1 is connected to the air inlet of the compression zone CA. The low pressure air flow A1 and the high pressure air flow A2 are taken from the compression zone CA at two axially distant locations in order to benefit from air flows A1, A2 having different pressures and temperatures. For example, the second air intake E2 is connected to the air outlet of the compression zone CA. Thus, the term “low pressure” aims to specify that the pressure is lower than that of the high pressure air flow A2. Preferably, the pressure ratio is between 2 and 11.

En référence aux figures 2 et 3, l’échangeur de chaleur 50 est relié, d’une part, au flux d’air basse pression A1, A1’ et, d’autre part, au flux d’air haute pression A2. L’échangeur de chaleur 50 permet avantageusement de refroidir le flux d’air haute pression A2 à partir du flux d’air basse pression A1, A1’ tout en conservant une pression élevée pour permettre une injection optimale dans le système de conditionnement SC comme cela sera présenté par la suite. L’échangeur de chaleur 50 peut mettre en œuvre différentes technologies de refroidissement, à ailettes, à tubes, etc.With reference to Figures 2 and 3, the heat exchanger 50 is connected, on the one hand, to the low pressure air flow A1, A1' and, on the other hand, to the high pressure air flow A2. The heat exchanger 50 advantageously makes it possible to cool the high pressure air flow A2 from the low pressure air flow A1, A1' while maintaining a high pressure to allow optimal injection into the conditioning system SC like this will be presented later. The heat exchanger 50 can implement different cooling technologies, finned, tube, etc.

Le turbocompresseur 60 comprend un compresseur 61 et une turbine 62, reliés l’un à l’autre via un arbre 63 afin qu’une rotation du compresseur 61 entraine une rotation de la turbine 62 et réciproquement.The turbocharger 60 comprises a compressor 61 and a turbine 62, connected to each other via a shaft 63 so that a rotation of the compressor 61 causes a rotation of the turbine 62 and vice versa.

Comme illustré aux figures 2 et 3, le flux d’air haute pression A2f refroidi par l’échangeur de chaleur 50 est ensuite comprimé par le compresseur 61 pour augmenter encore sa pression avant de permettre l’injection d’un flux d’air d’alimentation A3 dans le système de conditionnement SC. Le refroidissement du flux d’air haute pression A2 permet d’utiliser un compresseur 61 ayant une structure traditionnelle afin de fournir en sortie un flux d’air ayant une pression et une température qui soient adaptées au système de conditionnement SC. Il n’est avantageusement pas nécessaire de prévoir des moyens de renforcement thermique du compresseur 61.As illustrated in Figures 2 and 3, the high pressure air flow A2f cooled by the heat exchanger 50 is then compressed by the compressor 61 to further increase its pressure before allowing the injection of an air flow d A3 power supply in the SC conditioning system. Cooling the high pressure air flow A2 makes it possible to use a compressor 61 having a traditional structure in order to provide at the outlet an air flow having a pressure and a temperature which are adapted to the conditioning system SC. It is advantageously not necessary to provide means of thermal reinforcement of the compressor 61.

La turbine 62 est configurée pour entraîner l’arbre 63 et donc le compresseur 61 en rotation par circulation du flux d’air basse pression A1. Un turbocompresseur 60 est par ailleurs peu sujet aux pannes et est fiable. Ainsi, il n’y a pas de perte d’énergie. Le flux d’air haute pression A3 et à haute température alimentant le système de conditionnement SC permet l’injection d’air avec le carburant Q ayant une haute pression dans ledit système de conditionnement SC.The turbine 62 is configured to drive the shaft 63 and therefore the compressor 61 in rotation by circulation of the low pressure air flow A1. A 60 turbocharger is also less prone to breakdowns and is reliable. So there is no loss of energy. The A3 high pressure and high temperature air flow supplying the SC conditioning system allows the injection of air with the fuel Q having a high pressure in said SC conditioning system.

En référence à la , il est représenté une première forme de réalisation du système de suralimentation en air 1, pour un aéronef comprenant un turbomoteur T à double flux. Un turbomoteur de ce type comprend une veine dite primaire, comprenant la zone de compression d’air CA et la chambre de combustion CC et une veine secondaire s’étendant autour de la veine primaire. Ainsi, de l’air circule de l’amont vers l’aval d’une part dans la veine primaire afin d’être comprimé et éjecté après la chambre de combustion CC, et d’autre part dans la veine secondaire pour participer à la propulsion. L’air circulant dans chacune des veines primaire et secondaire se rejoint à la sortie de la chambre de combustion CC.In reference to the , there is shown a first embodiment of the air supercharging system 1, for an aircraft comprising a dual-flow T turboshaft engine. A turbine engine of this type comprises a so-called primary vein, comprising the AC air compression zone and the CC combustion chamber and a secondary vein extending around the primary vein. Thus, air circulates from upstream to downstream on the one hand in the primary vein in order to be compressed and ejected after the combustion chamber CC, and on the other hand in the secondary vein to participate in the propulsion. The air circulating in each of the primary and secondary veins joins at the outlet of the CC combustion chamber.

Selon la première forme de réalisation, le flux d’air basse pression A1 prélevé dans la zone de compression CA est acheminé à la turbine 62 pour la mettre en rotation et ainsi entrainer le compresseur 61. Le flux d’air basse pression A1’, qui est évacué par la turbine 62 et qui possède une pression et une température plus faibles, circule ensuite dans l’échangeur de chaleur 50 avec le flux d’air haute pression A2 comme illustré à la .According to the first embodiment, the low pressure air flow A1 taken from the compression zone CA is routed to the turbine 62 to rotate it and thus drive the compressor 61. The low pressure air flow A1', which is evacuated by the turbine 62 and which has a lower pressure and a lower temperature, then circulates in the heat exchanger 50 with the high pressure air flow A2 as illustrated in .

En sortie de l’échangeur 50, le flux d’air basse pression A1’’ ayant permis de refroidir le flux d’air haute pression A2 est ensuite évacué vers la veine secondaire du turbomoteur T. De manière préférée, afin de permettre une évacuation optimale, la pression de flux d’air basse pression A1’’ est plus élevée que la pression dans le flux d’air circulant d’amont en aval dans la veine secondaire. Le flux d’air basse pression A1 est ainsi utilisé comme fluide caloporteur et peut être réutilisé pour la propulsion.At the outlet of the exchanger 50, the low pressure air flow A1'' having made it possible to cool the high pressure air flow A2 is then evacuated towards the secondary stream of the turbine engine T. Preferably, in order to allow evacuation optimal, the low pressure air flow pressure A1'' is higher than the pressure in the air flow circulating from upstream to downstream in the secondary vein. The low pressure air flow A1 is thus used as a heat transfer fluid and can be reused for propulsion.

Comme présenté précédemment, le flux d’air haute pression A2f refroidi par l’échangeur de chaleur 50 est ensuite comprimé par le compresseur 61, entrainé par la turbine 62, pour augmenter encore sa pression avant de permettre l’injection du flux d’air d’alimentation A3 dans le système de conditionnement SC.As presented previously, the high pressure air flow A2f cooled by the heat exchanger 50 is then compressed by the compressor 61, driven by the turbine 62, to further increase its pressure before allowing the injection of the air flow feed A3 in the SC conditioning system.

Autrement dit, un premier circuit d’air basse pression (représenté en tirets fins sur la ) relie la première prise E1 à la turbine 62, la turbine 62 à l’échangeur de chaleur 50 et enfin l’échangeur de chaleur 50 à la veine secondaire. Un deuxième circuit d’air haute pression (représenté en tirets épais sur la ) relie la deuxième prise E2 à l’échangeur de chaleur 50, l’échangeur de chaleur 50 au compresseur 61 et enfin le compresseur 61 au système de conditionnement SC.In other words, a first low pressure air circuit (represented in thin dashes on the ) connects the first socket E1 to the turbine 62, the turbine 62 to the heat exchanger 50 and finally the heat exchanger 50 to the secondary vein. A second high pressure air circuit (shown in thick dashes on the ) connects the second socket E2 to the heat exchanger 50, the heat exchanger 50 to the compressor 61 and finally the compressor 61 to the conditioning system SC.

Le flux d’air basse pression A1 permet ici d’entraîner la turbine 62 et le compresseur 61, avant d’être évacué dans la veine secondaire. De plus, le flux d’air haute pression A2 permet ici d’alimenter le système de conditionnement SC, en circulant dans le compresseur 61, mis en rotation grâce au flux d’air basse pression A1.The low pressure air flow A1 here makes it possible to drive the turbine 62 and the compressor 61, before being evacuated into the secondary vein. In addition, the high pressure air flow A2 here makes it possible to supply the conditioning system SC, by circulating in the compressor 61, rotated thanks to the low pressure air flow A1.

En référence à la , il est représenté une deuxième forme de réalisation du système de suralimentation en air 1.In reference to the , a second embodiment of the air supercharging system 1 is shown.

Selon la deuxième forme de réalisation, le flux d’air basse pression A1 circule successivement depuis la première prise d’air E1 dans l’échangeur de chaleur 50 puis la turbine 62. Ainsi, dans cette forme de réalisation, le flux d’air basse pression A1 participe au refroidissement du flux d’air haute pression A2 puis entraine le turbocompresseur 60.According to the second embodiment, the low pressure air flow A1 circulates successively from the first air intake E1 in the heat exchanger 50 then the turbine 62. Thus, in this embodiment, the air flow low pressure A1 participates in the cooling of the high pressure air flow A2 then drives the turbocharger 60.

Autrement dit, selon le deuxième mode de réalisation, un premier circuit d’air basse pression (représenté en tirets fins sur la ) relie la première prise E1 à l’échangeur de chaleur 50, et l’échangeur de chaleur 50 à la turbine 62. De plus, un deuxième circuit d’air haute pression (représenté en tirets épais sur la ), relie la première prise d’air E1 au système de conditionnement SC de la même manière que dans la première forme de réalisation.In other words, according to the second embodiment, a first low pressure air circuit (represented in fine dashes on the ) connects the first socket E1 to the heat exchanger 50, and the heat exchanger 50 to the turbine 62. In addition, a second high pressure air circuit (represented in thick dashes on the ), connects the first air intake E1 to the conditioning system SC in the same way as in the first embodiment.

Le flux d’air basse pression A1 circule ici directement dans l’échangeur de chaleur 50, afin d’entraîner la turbine 62 et le compresseur 61, avant d’être évacué vers l’extérieur de l’aéronef. De plus, le flux d’air haute pression A2 permet ici d’alimenter le système de conditionnement SC, en circulant dans le compresseur 61, mis en rotation grâce au flux d’air basse pression A1.The low pressure air flow A1 circulates here directly in the heat exchanger 50, in order to drive the turbine 62 and the compressor 61, before being evacuated to the outside of the aircraft. In addition, the high pressure air flow A2 here makes it possible to supply the conditioning system SC, by circulating in the compressor 61, rotated thanks to the low pressure air flow A1.

Il va maintenant être décrit le procédé d’utilisation d’un système de suralimentation en air 1 tel que présenté précédemment.The method of using an air supercharging system 1 as presented previously will now be described.

Le procédé comprenant des étapes consistant à :

  • prélever un flux d’air basse pression A1 issu du turbomoteur T,
  • prélever un flux d’air haute pression A2 issu du turbomoteur T,
  • refroidir le flux d’air haute pression A2 à partir du flux d’air basse pression A1, dans l’échangeur de chaleur 50,
  • comprimer le flux d’air haute pression A2f, issu de l’échangeur de chaleur 50, en un flux d’air d’alimentation A3 destiné au système de conditionnement SC.
The process comprising steps consisting of:
  • take a flow of low pressure air A1 from the turbine engine T,
  • take a flow of high pressure air A2 from the turbine engine T,
  • cool the high pressure air flow A2 from the low pressure air flow A1, in the heat exchanger 50,
  • compress the high pressure air flow A2f, coming from the heat exchanger 50, into a supply air flow A3 intended for the conditioning system SC.

Plus précisément, le flux d’air haute pression A2 et le flux d’air basse pression A1 sont prélevés dans la zone de compression CA. La compression du flux d’air haute pression A2f est réalisée par le compresseur 61.More precisely, the high pressure air flow A2 and the low pressure air flow A1 are taken from the compression zone CA. Compression of the high pressure air flow A2f is carried out by compressor 61.

Selon un premier mode de réalisation, mis en œuvre par la première forme de réalisation du système de suralimentation en air 1 de la , le procédé comprend également des étapes consistant à :

  • comprimer le flux d’air haute pression A2f par entrainement de la turbine 62 par le flux d’air basse pression A1, puis
  • refroidir le flux d’air haute pression A2 dans l’échangeur de chaleur 50 à partir du flux d’air basse pression A1’ évacué par la turbine 62.
According to a first embodiment, implemented by the first embodiment of the air supercharging system 1 of the , the method also includes steps consisting of:
  • compress the high pressure air flow A2f by driving the turbine 62 by the low pressure air flow A1, then
  • cool the high pressure air flow A2 in the heat exchanger 50 from the low pressure air flow A1' evacuated by the turbine 62.

Cela permet d’optimiser le refroidissement du flux d’air haute pression A2f car le flux d’air basse pression A1 est plus froid après passage dans la turbine 62. Cette configuration est avantageuse pour un turbomoteur à double flux car la pression du flux d’air basse pression A1 est assez élevée (ratio de pression modéré) pour entrainer la turbine 62. On ne perd avantageusement pas les calories collectées dans l’échangeur de chaleur 50 car on réintroduit le flux d’air basse pression A1 dans le flux secondaire du turbomoteur T.This makes it possible to optimize the cooling of the high pressure air flow A2f because the low pressure air flow A1 is colder after passing through the turbine 62. This configuration is advantageous for a dual flow turboshaft engine because the pressure of the flow d The low pressure air A1 is high enough (moderate pressure ratio) to drive the turbine 62. The calories collected in the heat exchanger 50 are advantageously not lost because the low pressure air flow A1 is reintroduced into the secondary flow of the T turbine engine.

Selon un deuxième mode de réalisation, mis en œuvre par la deuxième forme de réalisation du système de suralimentation en air 1, le procédé comprend des étapes consistant à :

  • refroidir le flux d’air haute pression A2 directement à partir du flux d’air basse pression A1 prélevé dans la zone de compression CA, dans l’échangeur de chaleur 50, puis
  • comprimer le flux d’air haute pression A2f par entrainement de la turbine 62 par le flux d’air basse pression A1’ évacué par l’échangeur de chaleur 50.
According to a second embodiment, implemented by the second embodiment of the air supercharging system 1, the method comprises steps consisting of:
  • cool the high pressure air flow A2 directly from the low pressure air flow A1 taken from the compression zone CA, in the heat exchanger 50, then
  • compress the high pressure air flow A2f by driving the turbine 62 by the low pressure air flow A1' evacuated by the heat exchanger 50.

Le flux d’air basse pression A1 récupère des calories dans l’échangeur 50 qui sont ensuite utilisées dans la turbine 62. On réduit ainsi avantageusement le débit du flux d’air basse pression A1. Cela est avantageux si la pression du flux d’air basse pression A1 est faible, en particulier, lorsque le turbomoteur est un turbopropulseur.The low pressure air flow A1 recovers calories in the exchanger 50 which are then used in the turbine 62. The flow rate of the low pressure air flow A1 is thus advantageously reduced. This is advantageous if the pressure of the low pressure air flow A1 is low, in particular, when the turboshaft engine is a turboprop engine.

Ainsi, le système de suralimentation en air permet d’alimenter le système de conditionnement SC par prélèvement d’air dans le turbomoteur sans recourir à des moyens complexes et encombrants.
Thus, the air supercharging system makes it possible to supply the SC conditioning system by drawing air from the turbine engine without resorting to complex and bulky means.

Claims (10)

Système de suralimentation en air (1) pour système de conditionnement (SC) de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur (T) d’aéronef à partir de carburant (Q) issu d’un réservoir cryogénique (RC), le système de conditionnement (SC) étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide (QL) issu du réservoir cryogénique (RC) et par un flux d’air d’alimentation (A3) issu d’un système de suralimentation en air (1), afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux (QG) pour alimenter le turbomoteur (T), le système de suralimentation en air (1) comprenant :
  • une première prise d’air (E1) configurée pour prélever un flux d’air basse pression (A1) issu du turbomoteur (T),
  • une deuxième prise d’air (E2) configurée pour prélever un flux d’air haute pression (A2) issu du turbomoteur (T),
  • un échangeur de chaleur (50) configuré pour refroidir le flux d’air haute pression (A2) à partir du flux d’air basse pression (A1, A1’),
  • un turbocompresseur (60), comprenant un compresseur (61) et une turbine (62), reliés l’un à l’autre via un arbre (63),
  • le compresseur (61) étant configuré pour comprimer le flux d’air haute pression (A2f) issu de l’échangeur de chaleur (50) en un flux d’air d’alimentation (A3) destiné au système de conditionnement (SC),
  • la turbine (62) étant configurée pour entraîner le compresseur (61) en rotation par circulation ou détente du flux d’air basse pression (A1, A1’).
Air supercharging system (1) for fuel conditioning system (SC) configured to supply an aircraft turbine engine (T) using fuel (Q) from a cryogenic tank (RC), the conditioning system ( SC) being configured to be supplied at the inlet by a flow of liquid fuel (QL) coming from the cryogenic tank (RC) and by a flow of feed air (A3) coming from an air supercharging system (1) , in order to generate, at the output, a flow of gaseous fuel (QG) to supply the turbine engine (T), the air supercharging system (1) comprising:
  • a first air intake (E1) configured to take a flow of low pressure air (A1) from the turbine engine (T),
  • a second air intake (E2) configured to take a flow of high pressure air (A2) from the turbine engine (T),
  • a heat exchanger (50) configured to cool the high pressure air flow (A2) from the low pressure air flow (A1, A1'),
  • a turbocharger (60), comprising a compressor (61) and a turbine (62), connected to each other via a shaft (63),
  • the compressor (61) being configured to compress the high pressure air flow (A2f) coming from the heat exchanger (50) into a supply air flow (A3) intended for the conditioning system (SC),
  • the turbine (62) being configured to drive the compressor (61) in rotation by circulation or expansion of the low pressure air flow (A1, A1').
Système de suralimentation en air (1) selon la revendication 1, dans lequel le turbomoteur (T) comprend une zone de compression d’air (CA), la première prise d’air (E1) et la deuxième prise d’air (E2) étant reliées fluidiquement à la zone de compression (CA).Air supercharging system (1) according to claim 1, in which the turbine engine (T) comprises an air compression zone (CA), the first air intake (E1) and the second air intake (E2 ) being fluidly connected to the compression zone (CA). Système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le turbomoteur (T) est à double flux et comprend une veine primaire et une veine secondaire s’étendant autour de la veine primaire, l’échangeur de chaleur (50) est configuré pour évacuer le flux d’air basse pression (A1’’) dans la veine secondaire du turbomoteur (T).Air supercharging system (1) according to one of claims 1 to 2, in which the turbomotor (T) is double flow and comprises a primary vein and a secondary vein extending around the primary vein, the exchanger heat exchanger (50) is configured to evacuate the low pressure air flow (A1'') into the secondary vein of the turbine engine (T). Système de suralimentation selon la revendication 3 dans lequel la turbine (62) est entraînée par le flux d’air basse pression directement prélevé à la première prise d’air (E1).Supercharging system according to claim 3 in which the turbine (62) is driven by the low pressure air flow directly taken from the first air intake (E1). Système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel :
  • l’échangeur de chaleur (50) étant configuré pour être relié fluidiquement directement à la première prise d’air (E1),
  • la turbine (62) est configurée pour être entraînée par le flux d’air basse pression (A1’) évacué par l’échangeur de chaleur (50).
Air supercharging system (1) according to one of claims 1 to 3, in which:
  • the heat exchanger (50) being configured to be fluidly connected directly to the first air intake (E1),
  • the turbine (62) is configured to be driven by the flow of low pressure air (A1') exhausted by the heat exchanger (50).
Ensemble d’un système de conditionnement (SC) de carburant configuré pour alimenter un turbomoteur (T) d’aéronef à partir de carburant (Q) issu d’un réservoir cryogénique (RC) et d’un système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 1 à 5, le système de conditionnement (SC) étant configuré pour être alimenté en entrée par un flux de carburant liquide (QL) issu du réservoir cryogénique (RC) et par un flux d’air d’alimentation (A3) issu du système de suralimentation en air (1) afin de générer, en sortie, un flux de carburant gazeux (QG) pour alimenter le turbomoteur (T).Assembly of a fuel conditioning system (SC) configured to supply an aircraft turbine engine (T) using fuel (Q) from a cryogenic tank (RC) and an air supercharging system (1 ) according to one of claims 1 to 5, the conditioning system (SC) being configured to be supplied as input by a flow of liquid fuel (QL) coming from the cryogenic tank (RC) and by an air flow of supply (A3) from the air supercharging system (1) in order to generate, at the output, a flow of gaseous fuel (QG) to supply the turbine engine (T). Ensemble d’au moins un réservoir cryogénique (RC), d’un turbomoteur (T) et d’un ensemble selon la revendication 6, pour alimenter le turbomoteur (T) à partir de carburant (Q) issu du réservoir cryogénique (RC).Assembly of at least one cryogenic tank (RC), a turboshaft engine (T) and an assembly according to claim 6, for supplying the turboshaft engine (T) with fuel (Q) from the cryogenic tank (RC) . Procédé d’utilisation d’un système de suralimentation en air (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, le procédé comprenant des étapes consistant à :
  • refroidir le flux d’air haute pression (A2) à partir du flux d’air basse pression (A1), dans l’échangeur de chaleur (50), puis
  • comprimer le flux d’air haute pression (A2f) par entrainement de la turbine (62) par le flux d’air basse pression (A1).
Method of using an air supercharging system (1) according to any one of claims 1 to 5, the method comprising steps consisting of:
  • cooling the high pressure air flow (A2) from the low pressure air flow (A1), in the heat exchanger (50), then
  • compress the high pressure air flow (A2f) by driving the turbine (62) by the low pressure air flow (A1).
Procédé d’utilisation selon la revendication 8 d’un système de suralimentation en air (1) selon l’une des revendications 3 à 5, comprenant les étapes consistant à :
  • entraîner la turbine (62) à partir du flux d’air basse pression (A1) prélevé par la première prise d’air (E1), puis
  • injecter le flux d’air basse pression (A1’) dans l’échangeur de chaleur (50) afin de refroidir le flux d’air haute pression (A2).
Method of use according to claim 8 of an air supercharging system (1) according to one of claims 3 to 5, comprising the steps consisting of:
  • drive the turbine (62) from the low pressure air flow (A1) taken by the first air intake (E1), then
  • injecting the low pressure air flow (A1') into the heat exchanger (50) in order to cool the high pressure air flow (A2).
Procédé d’utilisation selon la revendication 8 d’un système selon la revendication 5, comprenant les étapes consistant à :
  • injecter le flux d’air basse pression (A1) prélevé par la première prise (E1) dans l’échangeur de chaleur (50), afin de refroidir le flux d’air haute pression (A2), puis
  • entraîner la turbine (62) à partir du flux d’air basse pression (A1’) évacué par l’échangeur de chaleur (50).
Method of use according to claim 8 of a system according to claim 5, comprising the steps consisting of:
  • inject the low pressure air flow (A1) taken by the first intake (E1) into the heat exchanger (50), in order to cool the high pressure air flow (A2), then
  • drive the turbine (62) from the low pressure air flow (A1') exhausted by the heat exchanger (50).
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