FR3133408A1 - Système de régulation de carburant - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système (2) de régulation de carburant pour moteur d’aéronef, le système (2) comprenant :une source de carburant (20) ;un conduit d’alimentation (200) ;une pompe centrifuge principale (22) ;un conduit de refoulement (27) ;une pompe à pistons (24) ;un conduit auxiliaire (23) ; etune valve (230). Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente invention concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, la présente invention concerne la régulation de carburant au sein d’un moteur d’aéronef.
La régulation de carburant au sein d’un moteur d’aéronef est généralement assurée par un système comprenant une pompe volumétrique entraînée par un corps rotatif du moteur. Remplacer la pompe volumétrique par une pompe centrifuge pourrait procurer certains avantages ; notamment cela permettrait au système de régulation de carburant de gagner en robustesse. Toutefois, une pompe centrifuge présente certains inconvénients ; notamment, il lui est difficile de fournir une pression suffisamment élevée à des régimes de fonctionnement faibles.
Un but de l’invention est d’améliorer un système de régulation de carburant pour moteur d’aéronef comprenant au moins une pompe centrifuge.
Il est à cet effet proposé, selon un aspect de l’invention, un système de régulation de carburant pour moteur d’aéronef, le système comprenant :
une source de carburant ;
un conduit d’alimentation relié à la source de carburant ;
une pompe centrifuge principale comprenant un port d’admission relié au conduit d’alimentation et un port de refoulement ;
un conduit de refoulement relié au port de refoulement de la pompe centrifuge principale, le conduit de refoulement étant en outre prévu pour être relié à au moins un injecteur d’une chambre de combustion du moteur et/ou à au moins une géométrie variable du moteur ;
une pompe à pistons comprenant un port d’admission relié au conduit d’alimentation et un port de refoulement prévu pour être relié à un conduit d’admission d’un dispositif de commande d’une tuyère du moteur ;
un conduit auxiliaire reliant le port de refoulement de la pompe à pistons au conduit de refoulement ; et
une valve agencée sur le conduit auxiliaire et pilotée pour réguler la circulation du carburant depuis le port de refoulement de la pompe à pistons vers le conduit de refoulement de la pompe centrifuge principale en fonction d’une caractéristique de la pompe centrifuge principale, d’un régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale, d’une pression d’injection de l’au moins un injecteur et/ou d’une pression d’activation de l’au moins une géométrie variable.
une source de carburant ;
un conduit d’alimentation relié à la source de carburant ;
une pompe centrifuge principale comprenant un port d’admission relié au conduit d’alimentation et un port de refoulement ;
un conduit de refoulement relié au port de refoulement de la pompe centrifuge principale, le conduit de refoulement étant en outre prévu pour être relié à au moins un injecteur d’une chambre de combustion du moteur et/ou à au moins une géométrie variable du moteur ;
une pompe à pistons comprenant un port d’admission relié au conduit d’alimentation et un port de refoulement prévu pour être relié à un conduit d’admission d’un dispositif de commande d’une tuyère du moteur ;
un conduit auxiliaire reliant le port de refoulement de la pompe à pistons au conduit de refoulement ; et
une valve agencée sur le conduit auxiliaire et pilotée pour réguler la circulation du carburant depuis le port de refoulement de la pompe à pistons vers le conduit de refoulement de la pompe centrifuge principale en fonction d’une caractéristique de la pompe centrifuge principale, d’un régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale, d’une pression d’injection de l’au moins un injecteur et/ou d’une pression d’activation de l’au moins une géométrie variable.
Avantageusement, mais facultativement, le système selon l’invention peut comprendre l’une au moins parmi les caractéristiques suivantes, qu’elle soit prise seule ou en combinaison :
- la valve est pilotée pour autoriser la circulation du carburant depuis le port de refoulement de la pompe à pistons vers le conduit de refoulement lorsque, au régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale, la caractéristique de la pompe principale est telle que la pompe centrifuge principale est incapable de fournir la pression d’injection et/ou la pression d’activation ;
- la caractéristique de la pompe principale indique, pour différents régimes d’entraînement de la pompe principale, l’évolution de la pression susceptible d’être fournie par la pompe principale en fonction du débit délivrée par la pompe principale ;
- la valve est pilotée par un contrôleur du moteur ;
- il comprend en outre un clapet anti-retour agencé sur le conduit de refoulement et piloté pour empêcher une circulation du carburant depuis le conduit de refoulement vers le port de refoulement de la pompe centrifuge principale ;
- il comprend en outre une première restriction agencée au niveau du conduit de refoulement et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge principale et/ou la pompe à pistons vers l’au moins un injecteur et/ou l’au moins une géométrie variable ;
- il comprend en outre :
un conduit de postcombustion relié au conduit de refoulement et prévu pour être relié à une chambre de postcombustion du moteur ; et
une deuxième restriction agencée au niveau du conduit de postcombustion et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge principale et/ou la pompe à pistons vers la chambre de postcombustion ;
- il comprend en outre :
un conduit de postcombustion relié au conduit de refoulement et prévu pour être relié à une chambre de postcombustion du moteur ;
une pompe centrifuge de postcombustion comprenant un port de refoulement relié au conduit de postcombustion ; et
une deuxième restriction agencée au niveau du conduit de postcombustion et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge de postcombustion vers la chambre de postcombustion ;
- la pompe centrifuge de postcombustion comprend un port d’admission relié au conduit d’alimentation ; et
- la pompe centrifuge de postcombustion comprend un port d’admission relié au conduit de refoulement.
- la valve est pilotée pour autoriser la circulation du carburant depuis le port de refoulement de la pompe à pistons vers le conduit de refoulement lorsque, au régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale, la caractéristique de la pompe principale est telle que la pompe centrifuge principale est incapable de fournir la pression d’injection et/ou la pression d’activation ;
- la caractéristique de la pompe principale indique, pour différents régimes d’entraînement de la pompe principale, l’évolution de la pression susceptible d’être fournie par la pompe principale en fonction du débit délivrée par la pompe principale ;
- la valve est pilotée par un contrôleur du moteur ;
- il comprend en outre un clapet anti-retour agencé sur le conduit de refoulement et piloté pour empêcher une circulation du carburant depuis le conduit de refoulement vers le port de refoulement de la pompe centrifuge principale ;
- il comprend en outre une première restriction agencée au niveau du conduit de refoulement et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge principale et/ou la pompe à pistons vers l’au moins un injecteur et/ou l’au moins une géométrie variable ;
- il comprend en outre :
un conduit de postcombustion relié au conduit de refoulement et prévu pour être relié à une chambre de postcombustion du moteur ; et
une deuxième restriction agencée au niveau du conduit de postcombustion et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge principale et/ou la pompe à pistons vers la chambre de postcombustion ;
- il comprend en outre :
un conduit de postcombustion relié au conduit de refoulement et prévu pour être relié à une chambre de postcombustion du moteur ;
une pompe centrifuge de postcombustion comprenant un port de refoulement relié au conduit de postcombustion ; et
une deuxième restriction agencée au niveau du conduit de postcombustion et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge de postcombustion vers la chambre de postcombustion ;
- la pompe centrifuge de postcombustion comprend un port d’admission relié au conduit d’alimentation ; et
- la pompe centrifuge de postcombustion comprend un port d’admission relié au conduit de refoulement.
Selon un autre aspect, il est proposé un moteur d’aéronef comprenant :
un système tel que précédemment décrit, dans lequel chacune de la pompe à pistons et de la pompe centrifuge principale comprend une partie rotor et une partie stator ;
une tuyère comprenant un dispositif de commande, le dispositif de commande comprenant un conduit d’admission relié au port de refoulement de la pompe à pistons pour recevoir du carburant de la pompe à pistons ;
une chambre de combustion comprenant au moins un injecteur relié au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la pompe centrifuge principale et/ou de la pompe à pistons ;
une géométrie variable reliée au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la pompe centrifuge principale et/ou de la pompe à pistons ;
un boîtier d’accessoires comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la pompe à pistons et la partie rotor de la pompe centrifuge principale pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ; et
un corps rotatif relié au boîtier d’accessoires pour entraîner en rotation l’élément rotatif.
un système tel que précédemment décrit, dans lequel chacune de la pompe à pistons et de la pompe centrifuge principale comprend une partie rotor et une partie stator ;
une tuyère comprenant un dispositif de commande, le dispositif de commande comprenant un conduit d’admission relié au port de refoulement de la pompe à pistons pour recevoir du carburant de la pompe à pistons ;
une chambre de combustion comprenant au moins un injecteur relié au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la pompe centrifuge principale et/ou de la pompe à pistons ;
une géométrie variable reliée au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la pompe centrifuge principale et/ou de la pompe à pistons ;
un boîtier d’accessoires comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la pompe à pistons et la partie rotor de la pompe centrifuge principale pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ; et
un corps rotatif relié au boîtier d’accessoires pour entraîner en rotation l’élément rotatif.
Selon un autre aspect, il est proposé un aéronef comprenant un moteur d’aéronef tel que précédemment décrit.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre un aéronef de façon schématique.
La est une vue en coupe schématique d’un moteur pour aéronef.
La illustre schématiquement un système de régulation de carburant selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre schématiquement un système de régulation de carburant selon un autre mode de réalisation de l’invention.
La illustre schématiquement un système de régulation de carburant selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
La illustre un aéronef100comprenant au moins un moteur1, en l’espèce deux moteurs1. L’aéronef100représenté est un avion, civil ou militaire, mais pourrait être tout autre type d’aéronef100, tel qu’un hélicoptère. Les moteurs1sont rapportés et fixés sur l’avion100, chacun sous une aile de l’avion100, comme visible sur la . Ceci n’est toutefois pas limitatif, puisqu’au moins un moteur1peut être également monté sur l’aile de l’avion ou encore à l’arrière de son fuselage, voire être intégré au fuselage de l’avion.
La illustre un moteur1(ou turbomachine) présentant un axe longitudinal X-X. Le moteur1est destiné à être monté sur un aéronef100, par exemple de la manière illustrée sur la .
Le moteur1illustré sur la est un turboréacteur à double corps, double flux, entraînement direct et postcombustion. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque le moteur1peut comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à réducteur ou un turbopropulseur, avec ou sans postcombustion.
Sauf précision contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction globale d’écoulement d’air à travers le moteur1en fonctionnement. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinal X-X et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X et coupant l’axe longitudinal X-X. Par ailleurs, un plan axial est un plan contenant l'axe longitudinal X-X et un plan radial est un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe longitudinal X-X. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence : elle est perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X mais ne passe pas par l’axe longitudinal X-X. Enfin, les adjectifs « intérieur » (ou « interne ») et « extérieur » (ou « externe ») sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe longitudinal X-X que la partie extérieure du même élément.
Comme visible sur la , le moteur1comprend, de l’amont vers l’aval, une soufflante10, une section de compression12comprenant un compresseur basse pression120et un compresseur haute pression122, une chambre de combustion14, une section de détente16comprenant une turbine haute pression162et une turbine basse pression160, une chambre de postcombustion18et une tuyère19.
La chambre de combustion14comprend une rampe d’injection de carburant (non représentée) et une pluralité d’injecteurs d’allumage (non représentés). La rampe d’injection et/ou les injecteurs d’allumage constituent des organes du moteur1qui sont consommateurs de carburant. Un circuit dédié (non représenté) alimente la rampe d’injection et/ou les injecteurs d’allumage de la chambre de combustion14, pour assurer la combustion, les différentes étapes de combustion déterminant différents niveaux de pression d’injection de carburant au sein de ce circuit. Ainsi, pour que la chambre de combustion14puisse correctement fonctionner, il est nécessaire de prévoir un système permettant de fournir du carburant à la pression d’injection, et ce quel que soit le régime du moteur1.
La chambre de postcombustion18comprend un canal rapporté et fixé à la tuyère19, de sorte à la prolonger axialement vers l’amont, des injecteurs de postcombustion (non représentés) étant agencés au sein du canal. Les injecteurs de postcombustion constituent d’autres organes du moteur1qui sont consommateurs de carburant. Un circuit dédié (non représenté) alimente les injecteurs de postcombustion, pour assurer la postcombustion, les différentes étapes de postcombustion déterminant différents niveaux de pression d’injection de carburant au sein de ce circuit. Ainsi, pour que la chambre de postcombustion18puisse correctement fonctionner, il est nécessaire de prévoir un système permettant de fournir du carburant à la pression d’injection, et ce quel que soit le régime du moteur1.
La tuyère19illustré sur la est de section variable et comprend une pluralité de volets191,192, répartis de manière circonférentielle autour de l’axe longitudinal X-X. Un dispositif de commande190, tels qu’une couronne de vérins hydrauliques, est relié aux volets191,192pour les actionner afin qu’ils ajustent l’ouverture de l’écoulement d’air qu’ils délimitent. Le fluide d’actionnement des vérins hydrauliques peut être du carburant. Un circuit dédié (non représenté) alimente le dispositif de commande190pour assurer son actionnement, les différents niveaux d’actionnement du dispositif de commande190déterminant différents niveaux de pression d’activation du fluide au sein de ce circuit. Ainsi, pour que le dispositif de commande190puisse correctement fonctionner, il est nécessaire de prévoir un système permettant de fournir un fluide à la pression d’activation, et ce quel que soit le régime du moteur1.
La soufflante10, la partie rotor du compresseur basse pression120, et la partir rotor de la turbine basse pression160sont reliées entre elles par un arbre basse pression170s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, la soufflante10, le compresseur basse pression120et la turbine basse pression160formant alors un corps basse pression10,120,160,170, qui est un premier corps rotatif. La partie rotor du compresseur haute pression122et la partie rotor de la turbine haute pression162sont reliées entre elles par un arbre haute pression172s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, le compresseur haute pression122et la turbine haute pression162formant alors un corps haute pression122,162,172, qui est un deuxième corps rotatif.
Comme visible sur la , le compresseur haute pression122, la chambre de combustion14et la section de détente16sont entourés par un premier carter151, tandis que la soufflante10, le compresseur basse pression120et la chambre de postcombustion18sont entourés par un deuxième carter152. Le deuxième carter152entoure également le premier carter151, c’est-à-dire qu’il s’étend radialement à l’extérieur du premier carter151, tout autour de l’axe longitudinal X-X. Le deuxième carter152peut être rapporté et fixé à l’aéronef100, le premier carter151et la section de combustion étant, chacun, solidaire du deuxième carter152.
L’axe longitudinal X-X forme l'axe de rotation pour la soufflante10, la partir rotor de la section de compression12et la partie rotor de la section de détente16, autrement dit pour le premier corps rotatif et le deuxième corps rotatif, lesquels sont susceptibles d’être entraînés en rotation autour de l’axe longitudinal X-X par rapport à chacun du premier carter151et du deuxième carter152.
Le moteur1peut également comprendre au moins un boîtier d’accessoires (non représenté), appelé AGB (pour« Accessory gear box »dans la terminologie anglo-saxonne), pouvant être rapportée et fixée sur le deuxième carter152. Le boîtier d’accessoires comprend un ensemble d’éléments rotatifs, tels que des engrenages, permettant d’entraîner en rotation une pluralité d’arbres autour de leur propre axe, des accessoires étant montés sur ces arbres pour tirer de leur rotation une puissance mécanique utile. L’ensemble d’engrenages est lui-même entraîné à l’aide d’un arbre de prise de force reliant, éventuellement par l’intermédiaire d’un boîtier de transfert (non représenté), le boîtier d’accessoires à l’un au moins parmi le corps haute pression122,162,172, et le corps basse pression10,120,160,170, typiquement en étant engrené avec l’un au moins parmi l’arbre haute pression172et l’arbre basse pression170. De cette manière, une puissance mécanique est susceptible d’être prélevée sur l’un au moins parmi le corps haute pression122,162,172, et le corps basse pression10,120,160,170, pour être délivrée à l’au moins parmi les accessoires par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires.
Le moteur1comprend un certain nombres d’organes (ou équipements) configurés pour être actionnés au moyen de carburant. Plus précisément, ces organes sont à actionnement hydraulique et il est prévu d’utiliser du carburant sous pression pour assurer leur fonctionnement. Ces organes sont habituellement désignés sous l’appellation « équipements (ou accessoires) à géométries variables » ou, plus simplement, « géométries variables ». Des exemples de géométries variables sont : des aubes à calage variables (e.g., aubes de stator du compresseur haute pression122), vannes de décharge de la veine primaire A ou de la veine secondaire B. Ces géométries variables ont donc besoin de l’énergie hydraulique liée à la pression de carburant pour fonctionner. Néanmoins, contrairement à un injecteur de la chambre de combustion14ou de la chambre de postcombustion18, les géométries variables ne consomment pas de carburant, car elles ne le dégradent pas par combustion. Un circuit dédié (non représenté) alimente les géométries variables pour assurer son actionnement, les différents niveaux d’actionnement des géométries variables déterminant différents niveaux de pression d’activation de chacune des géométries variables. Ainsi, pour qu’au moins une géométrie variable puisse correctement fonctionner, il est nécessaire de prévoir un système permettant de fournir un fluide à la pression d’activation, et ce quel que soit le régime du moteur1.
Les circuits dédiés à l’alimentation des géométries variables, de la chambre de combustion14, de la chambre de postcombustion18et du dispositif de commande190peuvent être indépendants les uns des autres, ou être communs en tout ou partie.
Un contrôleur (non représenté) peut également être prévu pour réaliser l’interface entre le moteur1et l’aéronef100, mais aussi assurer la commande du moteur1. Typiquement, le contrôleur peut assurer les fonctions de : régulation de circulation des divers fluides nécessaires au fonctionnement du moteur1, démarrage du moteur, transmission de différents paramètres mesurés du moteur1au cockpit de l’aéronef100, gestion de poussée ou de poussée inverse, etc. Un tel contrôleur peut mettre en œuvre une régulation de type numérique et comprendre un calculateur, une mémoire et différentes voies d'échanges de données qui interagissent entre eux. Typiquement, le contrôleur peut être du type FADEC (pour« Full Authority Digital Engine Control »dans la terminologie anglo-saxonne).
En fonctionnement, la soufflante10et le compresseur basse pression120aspirent un flux d’air dont une portion, circulant au sein d’une veine primaire A traversant le moteur1de part en part, est, successivement, comprimée au sein du compresseur haute pression122, enflammée au sein de la chambre de combustion14par combustion de carburant, et détendue au sein de la section de détente16avant d’être transférée vers la chambre de postcombustion18. Une autre portion du flux d’air circule au sein d’une veine secondaire B qui prend une forme annulaire allongée entourant le premier carter151et la chambre de postcombustion18. Une partie amont du deuxième carter152définit une entrée d’air par laquelle la soufflante10et le compresseur basse pression120aspirent le flux d’air circulant à travers le moteur1. Une partie aval du deuxième carter152définit, avec le premier carter151et la chambre de postcombustion18, puis les volets191,192de la tuyère19, la veine secondaire B. Entre la section de détente16et la chambre de postcombustion18, l’écoulement de la veine primaire A peut se mélanger à l’écoulement de la veine secondaire B, typiquement pour s’enrichir en oxygène. Au sein de la chambre de postcombustion18, l’air peut s’écouler avant d’être éjecté du moteur1pour générer une poussée, ou du carburant peut être vaporisé dans l’écoulement d’air. En effet, l’air circulant au sein de la chambre de postcombustion18présente une vitesse élevée et contient encore suffisamment d’oxygène pour entraîner une combustion. Les flammes créées par la postcombustion se stabilisent un peu plus en aval dans une ou plusieurs gouttières toriques de la chambre de postcombustion18, appelées accroche-flammes, qui maintiennent des noyaux de recirculation des gaz dans leur sillage. Un regain de poussée dû à cette nouvelle combustion peut ainsi être obtenu. La tuyère19permet de guider l’écoulement d’air en aval du moteur1pour favoriser la poussée. Le caractère variable de la tuyère19permet d'obtenir un gain de poussée quel que soit le régime de fonctionnement du moteur1, c’est-à-dire avec ou sans l’utilisation de la postcombustion. La poussée obtenue peut, par exemple, être mise au profit de l’aéronef100sur lequel le moteur1est rapporté et fixé.
En vue d’alimenter à la fois les organes consommateurs de carburant, tels que les injecteurs de la chambre de combustion14et de la chambre de postcombustion18, les géométries variables14’, et le dispositif de commande190de la tuyère19, le moteur1comprend un système de régulation de carburant2dont différents modes de réalisation sont illustrés de la à la .
Le système de régulation de carburant2comprend une source de carburant20, telle qu’un réservoir, contenant le carburant destiné à l’actionnement des géométries variables14’et du dispositif de commande190de la tuyère19, et à la combustion au sein de la chambre de combustion14et de la chambre de postcombustion18. Par ailleurs, un conduit d’alimentation200est relié à la source de carburant20.
Le système de régulation de carburant2comprend en outre une pompe centrifuge principale22et une pompe à pistons24, et peut comprendre une pompe de postcombustion26, de préférence également centrifuge, ainsi qu’une pompe de gavage28, de préférence également centrifuge. Chacune de la à la illustre différentes configurations de telles pompes22,24,26,28dans un circuit de carburant.
Dans le cadre de la description du système de régulation de carburant2, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction d’écoulement de carburant au sein du circuit de carburant, depuis la source de carburant20, vers l’un du dispositif de commande190de la tuyère19, des injecteurs de la chambre de combustion14, des géométries variables14’et des injecteurs de la chambre de postcombustion18.
Chacune des pompes22,24,26,28comprend avantageusement une partie rotor et une partie stator, la partie rotor étant mobile par rapport à la partie stator, la vitesse de rotation de la partie rotor par rapport à la partie stator déterminant un régime d’entraînement de la pompe22,24,26,28.
De plus, chacune des pompes22,24,26,28comprend un port d’admission220,240,260,280par lequel elle admet le carburant et un port de refoulement222,242,262,282par lequel elle refoule le carburant, avec un débit et/ou à une pression différent(e) du débit et de la pression du carburant lorsqu’il est admis dans la pompe22,24,26,28.
En outre, chacune des pompes22,24,26,28, notamment les pompes centrifuges22,26,28, et en particulier la pompe centrifuge principale22, présente une caractéristique indiquant, pour différents régimes d’entraînement de la pompe22,24,26,28, l’évolution de la pression susceptible d’être fournie par la pompe22,24,26,28en fonction du débit délivré par la pompe22,24,26,28. Cette caractéristique peut d’ailleurs être représentée comme un faisceau de courbes dans un repère dans lequel l’abscisse est associée au débit délivré par la pompe22,24,26,28et l’ordonnée est associée à la pression fournie par la pompe22,24,26,28, chaque courbe du faisceau de courbes étant associée à un régime d’entraînement de la pompe22,24,26,28. Cette caractéristique permet notamment de comprendre que, selon le régime d’entraînement d’une pompe22,24,26,28, il existe des niveaux de pression que cette pompe22,24,26,28sera incapable de fournir, ou de maintenir si le niveau de débit qu’elle est requise de délivrer est trop important.
En tout état de cause, il convient de noter que, contrairement à une pompe volumétrique qui est une source de débit, les pompes centrifuges22,26,28sont des sources de pression. En effet, une pompe centrifuge est configurée pour que, en fonctionnement, elle puisse fournir une pression qui dépend du carré de la vitesse de rotation de sa partie rotor par rapport à sa partie stator, mais qui demeure constante, ou quasiment constante, et ce quel que soit le débit.
La pompe à pistons24est, quant à elle, de préférence une pompe à cylindrée variable qui est, de manière davantage préférentielle, autorégulatrice en débit et en pression.
L’entraînement en rotation de la partie rotor, par rapport à la partie stator, de chacune des pompes22,24,26,28, peut être mise en œuvre par prélèvement mécanique. Pour ce faire, un engrenage du boîtier d’accessoires est relié à la partie rotor de l’une au moins des pompes22,24,26,28pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator. Dans ce cas, il est avantageux de dimensionner la pompe centrifuge principale22pour que sa plage de fonctionnement optimale, c’est-à-dire son niveau de rendement maximal à pression fournie et débit délivré qui sont donnés, coïncide avec les besoins en débit et pression d’au moins les géométries variables14’et les injecteurs de la chambre de combustion14, et ce quel que soit le régime de fonctionnement du moteur1. Il est également possible de prévoir un train différentiel agencé entre le boîtier d’accessoires et la pompe centrifuge principale22, afin de moduler le régime de la pompe centrifuge principale22en fonction du régime de fonctionnement du moteur1.
Comme illustré de la à la , le port d’admission220de la pompe centrifuge principale22est relié au conduit d’alimentation200pour en recevoir du carburant destiné à l’alimentation d’au moins un organe consommateur de carburant, de préférence au moins un des injecteurs de la chambre de combustion14, et d’au moins une géométrie variable14’. A cet égard, un conduit de refoulement27est relié au port de refoulement222de la pompe centrifuge principale22pour recevoir le carburant refoulé par la pompe centrifuge principale22, le conduit de refoulement27étant prévu pour être relié à un organe consommateur de carburant et/ou à au moins une géométrie variable14’. De cette manière, du carburant peut circuler depuis le conduit de refoulement27vers l’organe consommateur de carburant et vers la géométrie variable14’pour les alimenter en carburant.
La , la et la illustrent également que le port d’admission240de la pompe à pistons24est relié au conduit d’alimentation200pour en recevoir du carburant destiné à l’alimentation du dispositif de commande190. De fait, le port de refoulement242de la pompe à pistons24est relié à un conduit d’admission du dispositif de commande190de la tuyère19pour qu’au moins une partie du fluide refoulé par la pompe à pistons24circule jusqu’au dispositif de commande190afin de le mettre sous pression pour l’actionnement des volets191,192de la tuyère19.
Comme visible de la à la , un conduit auxiliaire23relie le port de refoulement242de la pompe à pistons24au conduit de refoulement27. Sur ce conduit auxiliaire23, une valve230est en outre agencée. La valve230est pilotée, de préférence par le contrôleur, pour réguler la circulation du carburant depuis le port de refoulement242de la pompe à pistons24vers le conduit de refoulement27de la pompe centrifuge principale22. Cette régulation est mise en œuvre en fonction de la caractéristique de la pompe centrifuge principale22, du régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale22, d’une pression d’injection du circuit dédié de la chambre de combustion14et/ou d’une pression d’activation du circuit dédié d’au moins une géométrie variable14’, de préférence en fonction de tous ces paramètres en même temps. Plus précisément, la valve230est pilotée pour autoriser la circulation du carburant depuis le port de refoulement242de la pompe à pistons24vers le conduit de refoulement27lorsque, au régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale22, la caractéristique de la pompe centrifuge principale22est telle que la pompe centrifuge principale22est incapable de fournir la pression d’injection nécessaire au fonctionnement de la chambre de combustion14et/ou la pression d’activation nécessaire à l’actionnement de géométries variables14’.
Comme visible de la à la , lorsqu’elle est présente, la pompe centrifuge de gavage28est avantageusement interposée entre la source de carburant20et le circuit de carburant, sur le conduit d’alimentation200, pour la mise en pression du circuit de carburant. De manière également avantageuse, un filtre29est agencé sur le conduit d’alimentation200, en amont ou en aval de la pompe centrifuge de gavage28, pour améliorer la qualité du carburant avant qu’il ne soit admis par l’une des pompes22,24,26, notamment en retirant tout ou partie des impuretés contenues dans le carburant.
Avantageusement, comme illustré de la à la , pour éviter que le carburant déchargé par la pompe à pistons24ne remonte le conduit de refoulement27vers la pompe centrifuge principale22, il peut être prévu d’agencer un clapet anti-retour31sur le conduit de refoulement27. Le clapet anti-retour31est également piloté, de préférence par le contrôleur, pour empêcher une circulation du carburant depuis le conduit de refoulement27vers le port de refoulement222de la pompe centrifuge principale22, spécifiquement lorsque la valve230autorise la circulation du carburant depuis le port de refoulement242de la pompe à pistons24vers le conduit de refoulement27.
De manière également avantageuse, comme visible de la à la , une première restriction25est agencée au niveau du conduit de refoulement27, la première restriction25étant configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge principale22et/ou par la pompe à pistons24, le cas échéant, et particulièrement du carburant circulant vers les injecteurs de la chambre de combustion14et les géométries variables14’. Plus précisément, la première restriction25est configurée pour générer des pertes en ligne (ou pertes de charge), de nature thermique, au sein du conduit de refoulement27, ce qui permet d’ajuster le débit de carburant au sein du conduit reliant le conduit de refoulement27aux injecteurs de la chambre de combustion14et aux géométries variables14’. Pour limiter la perte de charge, il est préférable de dimensionner la pompe centrifuge principale22pour qu’elle fournisse une pression et/ou délivre un débit de carburant correspondant aux besoins du moteur1lorsqu’il fonctionne au maximum de ses capacités, c’est-à-dire à plein gaz. La première restriction25peut être du type servovalve.
Dans chacun des modes de réalisation illustrés de la à la , un conduit de postcombustion32est prévu pour être relié au circuit dédié à l’alimentation des injecteurs de la chambre de postcombustion18. En outre, une deuxième restriction30, qui peut également être de type servovalve, est agencée au niveau du conduit de postcombustion32et configurée pour piloter le débit de carburant circulant vers la chambre de postcombustion18selon les mêmes principes que la première restriction25sur le circuit de refoulement27.
L’alimentation en carburant des injecteurs de la chambre de postcombustion18peut être réalisée selon différents modes de mise en œuvre, chacun illustré sur l’une de la à la .
Dans les modes de réalisation illustrés sur la et sur la , une pompe centrifuge de postcombustion26est prévue pour l’alimentation en carburant des injecteurs de la chambre de postcombustion18. Dans ces modes de réalisation, le port de refoulement262de la pompe centrifuge de postcombustion26est relié au conduit de postcombustion32, la deuxième restriction30étant alors configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge de postcombustion26vers la chambre de postcombustion18.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , le port d’admission260de la pompe centrifuge de postcombustion26est relié par un conduit approprié au conduit d’alimentation20pour en recevoir le carburant destiné à l’alimentation des injecteurs de la chambre de postcombustion18. Dans ce cas, la pompe centrifuge de postcombustion26assure l’alimentation en carburant des injecteurs de la chambre de postcombustion18de manière autonome.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , le port d’admission260de la pompe centrifuge de postcombustion26est relié par un conduit approprié au conduit de refoulement27pour en recevoir le carburant destiné à l’alimentation des injecteurs de la chambre de postcombustion18. Dans ce cas, la pompe centrifuge de postcombustion26participe à l’alimentation en carburant des injecteurs de la chambre de postcombustion18, en soutien de la pompe centrifuge principale22pour les situations dans lesquelles la pression d’injection dans le circuit dédié aux injecteurs de la chambre de postcombustion18est trop importante pour pouvoir être fournie par la pompe centrifuge principale22.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , aucune pompe centrifuge de postcombustion n’est prévue, la pompe centrifuge principale22assurant seule l’alimentation en carburant des injecteurs de la chambre de postcombustion18, éventuellement avec l’aide de la pompe à pistons24lorsque la valve230autorise la circulation du carburant depuis le port de refoulement242de la pompe à pistons24vers le conduit de refoulement27.
Utiliser une pompe pour l’alimentation en carburant de la chambre de combustion et/ou des géométries variables qui est centrifuge, et non plus volumétrique, permet d’allonger la durée de vie du système de régulation de carburant, car ce type de pompe est plus robuste.
Comme la pression susceptible d’être fournie par une pompe centrifuge dépend de son régime d’entraînement, lequel est lié au régime du moteur lorsque le prélèvement est mécanique, il est des situations de fonctionnement du moteur, typiquement aux régimes faibles, où la pression d’injection requise pour le bon fonctionnement de la chambre de combustion et/ou la pression d’activation requise pour le bon fonctionnement des géométries variables, ne peuvent être fournies par la pompe centrifuge principale. Grâce à l’ajout du conduit auxiliaire et de la valve, la pompe à pistons peut être utilisée pour compenser l’incapacité de la pompe centrifuge principale dans de telles situations. En effet, la pompe à pistons délivre une pression largement supérieure aux pressions d'injection et/ou d’activation susceptibles d’être atteintes lors du fonctionnement du moteur. En outre, cette assistance à la pompe centrifuge principale ne risque pas d’être mise en œuvre au détriment du dispositif de commande de la tuyère, puisque celui-ci n’est généralement pas sollicité aux régimes du moteur durant lesquels la pompe centrifuge principale risque de se trouver dans l’incapacité d’assurer la fourniture de la pression d’injection pour la chambre de combustion et/ou d’activation pour les géométries variables.
Grâce à cet apport ponctuel de pression de la part de la pompe à pistons, il est possible de s’affranchir d’autres dispositifs complexes qui auraient dû être mis en place pour fournir la surpression nécessaire aux régimes du moteur dans lesquels la pompe centrifuge principale risque de se trouver dans l’incapacité d’assurer la fourniture de la pression d’injection pour la chambre de combustion et/ou d’activation pour les géométries variables. Il est également possible de s’affranchir d’un surdimensionnement conséquent de la pompe centrifuge principale pour obtenir ces niveaux de pression à de tels régimes. Un tel surdimensionnement aurait eu pour conséquences, outre un alourdissement du moteur, le fait qu'aux régimes du moteur élevés, la pompe centrifuge principale aurait fourni une pression trop importante par rapport au besoin de la chambre de combustion et/ou des géométries variables, et la première restriction aurait alors été fortement dissipative, ce qui aurait entraîné un trop fort échauffement du carburant.
Par ailleurs, dans le mode de réalisation illustré sur la , dans lequel une pompe centrifuge de postcombustion est raccordée au conduit de refoulement de la pompe centrifuge principale, la capacité en pression fournie à la chambre de postcombustion est améliorée, sans pour autant augmenter les dimensions de la pompe centrifuge principale. Une telle configuration est particulièrement avantageuse dans les applications dans lesquelles la pression d’injection dans le circuit dédié de la chambre de postcombustion pourrait être supérieure aux besoins de la chambre de combustion. En outre, la présence de la pompe centrifuge de postcombustion permet de ne pas surdimensionner la pompe centrifuge principale, ce qui est moins pénalisant en termes de prélèvement mécanique, et en termes de pertes de charge thermiques via la première restriction.
Enfin, dans le mode de réalisation illustré sur la , dans lequel une pompe centrifuge de postcombustion n’est pas prévue, il n’est pas nécessaire de prévoir de purge de la pompe centrifuge qui délivre du carburant pour la postcombustion comme dans le mode de réalisation illustré sur la et sur la , où des vannes de purge doivent être prévues en amont et en aval de la pompe centrifuge de postcombustion. Au contraire, dans le mode de réalisation illustré sur la , la pompe centrifuge principale est toujours débitante.
Claims (12)
- Système (2) de régulation de carburant pour moteur (1) d’aéronef (100), le système (2) comprenant :
une source de carburant (20) ;
un conduit d’alimentation (200) relié à la source de carburant (20) ;
une pompe centrifuge principale (22) comprenant un port d’admission (220) relié au conduit d’alimentation (200) et un port de refoulement (222) ;
un conduit de refoulement (27) relié au port de refoulement (222) de la pompe centrifuge principale (22), le conduit de refoulement (27) étant en outre prévu pour être relié à au moins un injecteur d’une chambre de combustion (14) du moteur (1) et/ou à au moins une géométrie variable (14’) du moteur (1) ;
une pompe à pistons (24) comprenant un port d’admission (240) relié au conduit d’alimentation (200) et un port de refoulement (242) prévu pour être relié à un conduit d’admission d’un dispositif de commande (190) d’une tuyère (19) du moteur (1) ;
un conduit auxiliaire (23) reliant le port de refoulement (242) de la pompe à pistons (24) au conduit de refoulement (27) ; et
une valve (230) agencée sur le conduit auxiliaire (23) et pilotée pour réguler la circulation du carburant depuis le port de refoulement (242) de la pompe à pistons (24) vers le conduit de refoulement (27) de la pompe centrifuge principale (22) en fonction d’une caractéristique de la pompe centrifuge principale (22), d’un régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale (22), d’une pression d’injection de l’au moins un injecteur et/ou d’une pression d’activation de l’au moins une géométrie variable (14’). - Système (2) selon la revendication 1, dans lequel la valve (230) est pilotée pour autoriser la circulation du carburant depuis le port de refoulement (242) de la pompe à pistons (24) vers le conduit de refoulement (27) lorsque, au régime d’entraînement de la pompe centrifuge principale (22), la caractéristique de la pompe principale (22) est telle que la pompe centrifuge principale (22) est incapable de fournir la pression d’injection et/ou la pression d’activation.
- Système (2) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la caractéristique de la pompe principale (22) indique, pour différents régimes d’entraînement de la pompe principale (22), l’évolution de la pression susceptible d’être fournie par la pompe principale (22) en fonction du débit délivrée par la pompe principale (2).
- Système (2) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la valve (230) est pilotée par un contrôleur du moteur (1).
- Système (2) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un clapet anti-retour (31) agencé sur le conduit de refoulement (27) et piloté pour empêcher une circulation du carburant depuis le conduit de refoulement (27) vers le port de refoulement (222) de la pompe centrifuge principale (22).
- Système (2) selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant en outre une première restriction (25) agencée au niveau du conduit de refoulement (27) et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge principale (22) et/ou la pompe à pistons (24) vers l’au moins un injecteur et/ou l’au moins une géométrie variable (14’).
- Système (2) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre :
un conduit de postcombustion (32) relié au conduit de refoulement (27) et prévu pour être relié à une chambre de postcombustion (18) du moteur (1) ; et
une deuxième restriction (30) agencée au niveau du conduit de postcombustion (32) et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge principale (22) et/ou la pompe à pistons (24) vers la chambre de postcombustion (18). - Système (2) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre :
un conduit de postcombustion (32) relié au conduit de refoulement (27) et prévu pour être relié à une chambre de postcombustion (18) du moteur (1) ;
une pompe centrifuge de postcombustion (26) comprenant un port de refoulement (262) relié au conduit de postcombustion (32) ; et
une deuxième restriction (30) agencée au niveau du conduit de postcombustion (32) et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge de postcombustion (26) vers la chambre de postcombustion (18). - Système (2) selon la revendication 8, dans lequel la pompe centrifuge de postcombustion (26) comprend un port d’admission (260) relié au conduit d’alimentation (200).
- Système (2) selon la revendication 8, dans lequel la pompe centrifuge de postcombustion (26) comprend un port d’admission (260) relié au conduit de refoulement (27).
- Moteur (1) d’aéronef (100) comprenant :
un système (2) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel chacune de la pompe à pistons (24) et de la pompe centrifuge principale (22) comprend une partie rotor et une partie stator ;
une tuyère (19) comprenant un dispositif de commande (190), le dispositif de commande (190) comprenant un conduit d’admission relié au port de refoulement (242) de la pompe à pistons (24) pour recevoir du carburant de la pompe à pistons (24) ;
une chambre de combustion (14) comprenant au moins un injecteur relié au conduit de refoulement (27) pour recevoir du carburant de la pompe centrifuge principale (22) et/ou de la pompe à pistons (24) ;
une géométrie variable (14’) reliée au conduit de refoulement (27) pour recevoir du carburant de la pompe centrifuge principale (22) et/ou de la pompe à pistons (24) ;
un boîtier d’accessoires comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la pompe à pistons (24) et la partie rotor de la pompe centrifuge principale (22) pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ; et
un corps rotatif relié au boîtier d’accessoires pour entraîner en rotation l’élément rotatif. - Aéronef (100) comprenant un moteur (1) selon la revendication 11.
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2022
- 2022-03-10 FR FR2202110A patent/FR3133408B1/fr active Active
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