WO2024028553A1 - Turbopropulseur apte a fournir une fonction d'eolienne de secours et procede de mise en œuvre - Google Patents

Turbopropulseur apte a fournir une fonction d'eolienne de secours et procede de mise en œuvre Download PDF

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WO2024028553A1
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pump
propeller
oil
circuit
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Lucie Stéphanie APOSTIN
Didier Claude CHARTRAIN
Jean-Michel PRESSE
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Safran Helicopter Engines
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Definitions

  • the invention concerns the field of turbomachines and more precisely that of turboprop engines.
  • the invention more specifically relates to a turboprop engine, an aircraft comprising such a turboprop engine and methods for controlling such a turboprop engine and aircraft.
  • Such an emergency wind turbine includes an autonomous propeller, a dedicated electric generator and a jack system which allows the wind turbine to be deployed if necessary.
  • a propeller pitch control system conventionally comprises a pitch control unit powered by a high-pressure hydraulic pump actuated via a mechanical connection with the turboprop turbine.
  • a motor pump also mechanically actuated by the turbine, is connected to the high pressure pump which it supplies with oil coming from a main oil tank.
  • the pitch control unit selectively supplies the chambers of a double-acting pivoting cylinder of the turboprop propeller blades.
  • the aircraft includes a dedicated electric pump, also called “feathering pump” which supplies the pitch control unit from an auxiliary oil tank, the time for it to control the feathering of the propeller.
  • the invention aims to optimize the weight of an aircraft equipped with at least one turboprop engine.
  • a turboprop engine comprising a turbine provided with an output shaft mechanically connected to an input of a motion reducer and a propeller shaft carrying a variable pitch propeller and which is mechanically connected to a main output of the motion reducer.
  • a rotating electric machine is mechanically coupled to the propeller shaft via the motion reducer, and an electric oil pump is configured to supply a hydraulic circuit for adjusting the pitch of the propeller from an auxiliary tank via a first pipe.
  • the oil pump is also configured to supply, via a second pipe, a lubrication circuit for the bearings of the motion reducer.
  • the second pipe includes an electrically controlled valve.
  • the second pipe also includes a pressure reducing device
  • the turboprop includes an oil recovery circuit for the motion reducer, and the oil recovery circuit includes a third oil supply line to the auxiliary tank;
  • the recovery circuit includes an electric recovery pump
  • the recovery circuit comprises a recovery pump mechanically connected to the movement reducer;
  • the recovery circuit comprises a device for directing and/or blocking the circulation of the fluid
  • the second pipe comprises a first non-return valve
  • an oil supply conduit for the lubrication circuit of the motion reducer bearings from a main tank comprises a second non-return valve
  • the turbine output shaft includes a freewheel device;
  • the turboprop comprises a high pressure pump supplying the hydraulic pitch adjustment circuit from the auxiliary tank and the high pressure pump is configured to supply the hydraulic pitch adjustment circuit, including when the auxiliary tank is not pressurized .
  • the invention also relates to a method of controlling a turboprop as described above as an emergency wind turbine comprising the following steps:
  • the invention also relates to a control method, in which, during the implementation by a turboprop of the plurality of turboprops of the control method of the invention, the turboprop implementing the control method according to the The invention is the turboprop engine among the plurality of turboprop engines which is the last to have stopped.
  • the control method according to claim when the control method according to claim is implemented by a turboprop engine which comprises a high pressure pump supplying the hydraulic pitch adjustment circuit from the auxiliary tank and the high pressure pump is configured to supply the hydraulic pitch adjustment circuit, including when the auxiliary tank is not pressurized, the method includes an additional step of stopping the drive of the electric oil pump once the rotating electric machine generates electricity .
  • the method comprises the following steps:
  • the turboprop implementing the control method is the turboprop among the plurality of turboprops which is the last to be 'to be arrested. And, when the last turboprop to shut down proves unable to switch to emergency wind mode, the process includes the following additional steps:
  • FIG.l is a schematic view of a turboprop according to a first embodiment of the invention.
  • FIG.2 is a schematic view of a turboprop according to a second embodiment of the invention.
  • an aircraft not shown comprises at least one turboprop 10 of the gas generator 11 and free turbine 12 type, the turbine 12 of which is provided with an output shaft 13 mechanically connected to an input 21 of a movement reduction box 20 by a freewheel device 14.
  • the box 20 comprises a main outlet 22 connected to a propeller shaft 30 which carries a propeller 31 with variable pitch of the known "double-acting" type in herself.
  • the pitch of the propeller 31 is hydraulically controlled by a pitch control unit 32 connected to the propeller 31.
  • the unit 32 is part of a circuit of a hydraulic circuit 33 for adjusting the pitch of the propeller 31 and is connected to an electric oil pump 40 via a first line 41.
  • the pump 40 is also known as a “feathering pump”.
  • the unit 32 is also hydraulically connected to a high pressure mechanical pump 42 connected by a shaft 43 to a first auxiliary outlet 23 of the housing 20.
  • a main supply pipe 44 extends between the pump 42 and the unit 32.
  • There first pipe 41 is connected to pipe 44.
  • Pumps 40 and 42 are both connected to an auxiliary oil tank 45.
  • a rotating electric machine 46 is connected to a second auxiliary output 24 of the housing 20 and is thus mechanically coupled to the propeller shaft 30.
  • the machine 46 functions as an electric generator and is connected to an electrical network not shown of the aircraft which notably includes electrical storage batteries.
  • the turboprop 10 comprises an engine pump 50 driven by the gas generator 11 and which draws oil from a main tank 51 to supply a first lubrication circuit 52 of the bearings 15 of the gas generator 11 and the turbine 12 and a second lubrication circuit 53 of the bearings 25 of the housing 20. This supply is done via a main pipe 55 which supplies a first tap 56 connected to the circuit 52 and a second tap 57 connected to the circuit 53.
  • the turboprop 10 also includes a main recovery pump 58 driven by the gas generator 11 and which is connected by an oil recovery conduit 59 to the housing 20 to recover the bottom oil collected by runoff and transfer this oil to the main tank 51 via a fourth conduit
  • a pressurization line 60 extends between the pump 50 and the reservoir 45.
  • the turboprop 10 comprises a second pipe 48 which comes into connection with the pipe 44 and connects the pipe 44 to the pipe 55 upstream of the connection 57, thus putting the pump 40 into fluid communication. and the lubrication circuit 53.
  • a first non-return valve 49 located on the second pipe 48 prevents the circulation of fluid from the pipe 55 to the pipe 44.
  • the valve 49 comprises an electrically controlled valve 49.1 and a pressure reducer
  • An auxiliary recovery pump 70 is connected to the housing 20 by a third tap 71 taken from the pipe 59 upstream of the pump 58.
  • the pump 70 is an electric pump, an outlet 72 of which is connected by a third pipe 73 to the reservoir 45.
  • An electrically controlled valve 74 makes it possible to selectively put the outlet 72 of the pump 70 and the reservoir 45 into fluidic connection.
  • the pump 58, the line 59, the pump 70, the tap 71 and the line 73 constitute a circuit of recovery 76 of the bottom oil of the housing 20.
  • the gas generator 11 drives the free turbine 12 which rotates the propeller 31 via the housing 20.
  • the gas generator 11 also drives:
  • the main recovery pump 58 which returns the bottom oil from the housing 20 to the main tank.
  • the housing 20 also transmits the movement of the turbine 12 to the following organs:
  • the electric pumps 40 and 70 are not energized in nominal operating mode.
  • the valve 61 authorizes the circulation of oil towards the circuit 53 and the valve 49 prevents the oil sent by the pump 50 towards the lubrication circuit 53 from entering the propeller pitch control unit 32.
  • the valve 74 is controlled so as to prevent oil from flowing back towards the pump 70 when the reservoir 45 is pressurized.
  • the transition to degraded mode takes place after the avionics has detected a shutdown of the gas generator 11 and/or the free turbine 12 and the feathering of the propeller 31 has been carried out according to known methods using pump 40.
  • Switching to degraded mode includes several steps. According to a first step, the electric oil pump 40 is controlled so that it supplies oil to the hydraulic adjustment circuit 33 via line 41. The oil supplied by the oil pump 40 also circulates in the second line 48, passes through the valve 49 which is in the passing position and supplies the lubrication circuit 53 of the bearings 25 of the housing 20. The valve 61 prevents part of the oil flow coming from the pump 40 from unnecessarily supplying the bearings of the generator of gas which no longer turns.
  • an adjustment of the pitch of the propeller 31 is controlled in order to generate a windmill effect to drive the propeller 31 in rotation.
  • the apparent wind caused by the movement of the aircraft drives the propeller 31 in rotation which transmits this movement to the auxiliary outputs 23 and 24 of the housing 20 via the shaft 30.
  • the freewheel device 14 allows decoupling from the free turbine 12 when the propeller 31 drives the auxiliary outputs 23 and 24 of the box 20.
  • the auxiliary output 23 allows the actuation of the high pressure pump 42 which then supplies the unit 32 as well as the circuit 53 via the second pipe 48.
  • the pump 40 is then kept under tension in order to feed the pitch control unit 32 with pressurized oil.
  • the auxiliary oil recovery pump 70 is kept in operation and the valve 74 is controlled to authorize the admission of oil from the pump 70 to the tank 45.
  • the rotating electric machine 46 being driven in rotation by the outlet 24 of the housing 20, it generates electricity and can thus provide power for the minimum functionalities of the aircraft and recharge the batteries to power the electric oil pump 40 and the recovery pump 70.
  • the auxiliary recovery pump 70 allows the establishment of a supply loop for the auxiliary tank 45 from the housing 20 ensuring a continuous supply of the propeller pitch adjustment circuit 33 and the lubrication circuit 53.
  • the valve 61 and the freewheel 14 make it possible to optimize the mechanical energy provided by the propeller 31 by isolating unnecessary mechanical and hydraulic “loads” from operation in degraded mode.
  • the recovery pump 80 is, here, a mechanically driven pump connected by a shaft 81 to a third auxiliary outlet 27 of the housing 20.
  • the main recovery pump 58 of the first embodiment driven by the gas generator 11 and the electrically driven recovery pump 70 are removed and replaced by a single mechanical recovery pump 80 connected by a shaft 81 to a third outlet auxiliary 27 of the housing 20.
  • An oil recovery conduit 82 connects the pump 80 to the housing 20 to recover the bottom oil collected by runoff and transfer this oil to a three-way valve 83.
  • the three-way valve 83 selectively directs the flow of oil towards the auxiliary tank 45 or the main tank 51 via conduit 59.1 after passing through a filtering and heat exchange assembly 84.
  • turboprop 10 The operation of the turboprop 10 according to this second embodiment will now be described in a first nominal operating mode and in a second emergency operating mode, when the gas generator 11 and/or the free turbine 12 are stopped. .
  • the gas generator 11 drives the free turbine 12 which rotates the propeller 31 via the housing 20.
  • the gas generator 11 also drives the engine pump 50 which pressurizes the auxiliary tank 45 via line 60 and supplies the lubrication circuits 52 and 53.
  • the housing 20 also transmits the movement of the turbine 12 to the following organs:
  • the recovery pump 80 which returns the bottom oil from the housing 20 to the main tank 51, the three-way valve 83 being controlled to direct the flow of oil coming from the pump 80 towards the main tank 51.
  • the electric pump 40 is not energized in nominal operating mode.
  • the valve 61 authorizes the circulation of oil towards the circuit 53 and the valve 49 prevents the oil sent by the pump 50 towards the lubrication circuit 53 from entering the propeller pitch control unit 32.
  • the transition to degraded mode takes place after the avionics has detected a shutdown of the gas generator 11 and/or the free turbine 12 and the feathering of the propeller 31 has been carried out in accordance with known methods at using the pump 40.
  • the transition to degraded mode includes several stages.
  • the electric oil pump 40 is controlled so that it supplies oil to the hydraulic adjustment circuit 33 via line 4L.
  • the oil supplied by the oil pump 40 also circulates in the second line 48, passes to through the valve 49 which is in the passing position and supplies the lubrication circuit 53 of the bearings 25 of the housing 20.
  • the valve 61 prevents part of the oil flow coming from the pump 40 from unnecessarily supplying the bearings of the generator gas which no longer turns.
  • an adjustment of the pitch of the propeller 31 is controlled in order to generate a windmill effect to drive the propeller 31 in rotation.
  • the apparent wind caused by the movement of the aircraft drives the propeller 31 in rotation which transmits this movement to the auxiliary outputs 23 and 24 of the housing 20 via the shaft 30.
  • the freewheel device 14 allows decoupling from the free turbine 12 when the propeller 31 drives the auxiliary outputs 23,24 and 27 of the box 20.
  • the auxiliary output 23 allows the actuation of the high pressure pump 42 which then supplies the unit 32 as well as the circuit 53 via the second pipe 48.
  • the pump 40 can then be kept under tension in order to feed the pitch control unit 32 with pressurized oil.
  • the oil recovery pump 80 is actuated via the housing 20 and the three-way valve 83 is controlled to direct the flow of oil from the pump 80 towards the tank 45.
  • the rotating electric machine 46 being driven in rotation through the output 24 of the box 20, it generates electricity and can thus provide power for the minimum functionalities of the aircraft and recharge the batteries to power the electric pump 40.
  • Such a turboprop 10 makes it possible, when fitted to an aircraft, to provide an emergency wind turbine function.
  • an aircraft When an aircraft is equipped with a plurality of turboprops 10 according to the invention, it can be configured to implement a control method comprising, while the aircraft is in flight, the following steps: [0058] -all of the turboprops 10 of the plurality of turboprops having gone to a standstill, receipt of a request for placement or automatic passage (for example on instruction of a control unit of the aircraft not shown) of at least at least one turbomachine in an emergency wind turbine type operating mode,
  • turboprop 10 of the plurality of turboprops of a method of controlling the latter as an emergency wind turbine, as mentioned above, this turboprop 10 being preferably the turboprop 10 among the plurality of turboprops which is the last to have stopped.
  • turboprop 10 having a highest oil temperature can be identified among the other turboprops of the plurality of turboprops 10 that having a highest oil temperature. Once said turboprop 10 having a highest oil temperature has been identified, the latter can be configured to implement the control method according to the invention to be placed in emergency wind turbine mode.
  • the recovery circuit comprises a controlled valve
  • the invention also applies to other types of device for blocking the circulation of a fluid, such as for example a valve or a valve not pilot ;
  • the recovery circuit comprises a three-way valve
  • the invention also applies to other types of device for directing the circulation of a fluid such as for example a pilot-operated valve assembly;
  • valve 74 is an electrically controlled valve, the invention also applies to a simple valve, devoid of control;
  • the invention also applies to a transition to degraded mode in which the electrical power supply to the pump 40 is cut off, it is then necessary to provide that the high pressure pump 42 has the capacity to bring the unpressurized oil coming from the auxiliary tank at a pressure sufficient to supply the propeller pitch control unit 32. This can in particular be achieved using a self-priming pump.

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Abstract

Turbopropulseur (10) comprenant : - une turbine (12) reliée mécaniquement à une entrée (21) d'un réducteur de mouvement (20); - un arbre porte-hélice (30) portant une hélice (31) à pas variable, - une machine électrique tournante (46), et - une pompe à huile électrique (40) configurée pour alimenter un circuit hydraulique de réglage (33) du pas de l'hélice (31), la pompe à huile électrique (40) est configurée pour alimenter un circuit de lubrification (53) des paliers (25) du réducteur de mouvement (20).

Description

Description
Titre de l’invention : TURBOPROPULSEUR APTE A FOURNIR
UNE FONCTION D’EOLIENNE DE SECOURS ET PROCEDE
DE MISE EN ŒUVRE
Domaine technique
[0001] L’invention concerne le domaine des turbomachines et plus précisément celui des turbopropulseurs .
[0002] L’invention a plus précisément pour objet un turbopropulseur, un aéronef comportant un tel turbopropulseur et des procédés de commande de tels turbopropulseur et aéronef.
Technique antérieure
[0003] En cas de panne moteur en vol d’un aéronef, il est connu de déployer une éolienne de secours, également connue sous la terminologie anglaise de « Ram air turbine », pour fournir une source d’énergie électrique de secours à l’aéronef et ainsi assurer la continuité de fonctionnement des systèmes de bord essentiels tels que les contrôles de vol et les instruments de vol critiques.
[0004] Une telle éolienne de secours comprend une hélice autonome, un générateur électrique dédié et un système de vérin qui permet le déploiement de l’éolienne en cas de besoin.
[0005] En sus de l’éolienne de secours, et dans le cas d’un aéronef mû par un turbopropulseur, il est courant de modifier le pas des pales de l’hélice du turbopropulseur en panne de manière à réduire la trainée de celui-ci et la dissymétrie de poussée résultante. Une telle opération est connue sous le terme « mise en drapeau » de l’hélice et utilise le système de contrôle de pas d’hélice pour modifier le pas des pales. Un tel système de contrôle de pas d’hélice comprend classiquement une unité de contrôle de pas alimentée par une pompe hydraulique haute pression actionnée via une liaison mécanique avec la turbine du turbopropulseur. Une pompe moteur, elle aussi actionnée par mécaniquement par la turbine, est reliée à la pompe haute pression qu’elle alimente en huile provenant d’un réservoir principal d’huile. Dans le cas d’hélice dite « à double effet », l’unité de contrôle de pas alimente sélectivement les chambres d’un vérin double effet de pivotement des pales de l’hélice du turbopropulseur.
[0006] Pour permettre la mise en drapeau de l’hélice en cas de panne du turbopropulseur et donc en cas de perte de la source mécanique d’actionnement des pompes moteur et haute pression, l’aéronef comprend une pompe électrique dédiée, également appelée « pompe de mise en drapeau » qui alimente l’unité de contrôle de pas depuis un réservoir auxiliaire d’huile, le temps pour celle-ci de commander la mise en drapeau de l’hélice.
[0007] L’invention a pour objectif d’optimiser la masse d’un aéronef équipé d’au moins un turbopropulseur.
Présentation de l’invention
[0008] A cet effet, on prévoit un turbopropulseur comprenant une turbine pourvue d’un arbre de sortie relié mécaniquement à une entrée d’un réducteur de mouvement et un arbre porte-hélice portant une hélice à pas variable et qui est relié mécaniquement à une sortie principale du réducteur de mouvement. Une machine électrique tournante est couplée mécaniquement à l’arbre porte hélice via le réducteur de mouvement, et une pompe à huile électrique est configurée pour alimenter un circuit hydraulique de réglage du pas de l’hélice depuis un réservoir auxiliaire via une première conduite. Selon l’invention, la pompe à huile est également configurée pour alimenter via une deuxième conduite un circuit de lubrification des paliers du réducteur de mouvement. La deuxième conduite comprend un clapet piloté électriquement.
[0009] Ainsi, il est possible de permettre, à l’aide de modifications mineures du circuit hydraulique et électrique du turbopropulseur, une conversion d’un turbopropulseur arrêté en éolienne de secours dans un mode de fonctionnement pérenne autorisé notamment par le maintien de la lubrification des paliers du réducteur de mouvement. Il est alors possible de supprimer l’éolienne de secours de l’art antérieur ainsi que son câblage, ce qui allège l’aéronef et simplifie sa construction.
[0010] Selon d’autres modes de réalisation particuliers, non exclusifs et optionnels de l’invention :
[0011] - la deuxième conduite comprend également un dispositif réducteur de pression ;
- le turbopropulseur comprend un circuit de récupération d’huile du réducteur de mouvement, et le circuit de récupération d’huile comprend une troisième conduite d’ amenée d’huile vers le réservoir auxiliaire ;
- le circuit de récupération comprend une pompe de récupération électrique ;
[0012] - le circuit de récupération comprend une pompe de récupération reliée mécaniquement au réducteur de mouvement ;
[0013] - le circuit de récupération comprend un dispositif d’orientation et/ou de blocage de la circulation du fluide ;
- la deuxième conduite comprend un premier clapet anti-retour ;
- un conduit d’alimentation en huile du circuit de lubrification des paliers du réducteur de mouvement à partir d’un réservoir principal comprend un deuxième clapet anti-retour ;
- l’arbre de sortie de turbine comprend un dispositif de roue libre ; - le turbopropulseur comprend une pompe haute pression d’alimentation du circuit hydraulique de réglage de pas depuis le réservoir auxiliaire et la pompe haute pression est configurée pour alimenter le circuit hydraulique de réglage de pas, y compris lorsque le réservoir auxiliaire n’est pas pressurisé.
[0014] L’invention concerne également un procédé de commande d’un turbopropulseur tel que décrit ci-dessus en tant qu’éolienne de secours comprenant les étapes suivantes :
[0015] - entraîner la pompe à huile électrique de manière à alimenter en huile le circuit hydraulique de réglage d’un pas de l’hélice et des paliers du turbopropulseur,
[0016] - régler le pas de l’hélice afin de générer l’effet de moulinet pour entraîner l’hélice en rotation,
[0017] - la machine électrique tournante étant entraînée en rotation par l’arbre porte hélice en raison du couplage mécanique entre eux, générer de l’électricité par la machine électrique tournante.
[0018] L’invention concerne également un procédé de commande, dans lequel, lors de la mise en œuvre par un turbopropulseur de la pluralité des turbopropulseurs du procédé de commande de l’invention, le turbopropulseur mettant en œuvre le procédé de commande selon l’invention est le turbopropulseur parmi la pluralité des turbopropulseurs qui est le dernier à s’être arrêté.
[0019] Il peut en outre être prévu les étapes suivantes :
[0020] - dans le cas où lors de la mise en œuvre du procédé de commande par le dernier turbopropulseur à s’être arrêtée, celui-ci s’avère incapable de passer en mode éolienne de secours, identification parmi les autres turbopropulseurs de la pluralité de turbopropulseurs celui présentant une température d’huile la plus élevée,
[0021] - mise en œuvre par le turbopropulseur identifié du procédé de commande selon l’invention.
[0022] Enfin, lorsque le procédé de commande selon la revendication est mis en œuvre par un turbopropulseur qui comprend une pompe haute pression d’alimentation du circuit hydraulique de réglage de pas depuis le réservoir auxiliaire et que la pompe haute pression est configurée pour alimenter le circuit hydraulique de réglage de pas, y compris lorsque le réservoir auxiliaire n’est pas pressurisé, le procédé comprend une étape supplémentaire d’arrêter l’entrainement de la pompe à huile électrique une fois que la machine électrique tournante génère de l’électricité.
[0023] De manière avantageuse, lorsque l’aéronef comprend une pluralité de turbopropulseurs, le procédé comprend les étapes suivantes :
[0024] - la pluralité de turbopropulseurs étant passée à l’arrêt, réception d’une requête de placement ou passage automatique d’au moins un turbopropulseur dans un mode de fonctionnement du type éolienne de secours,
[0025] - mise en œuvre par un turbopropulseur de la pluralité de turbopropulseurs d’un procédé de commande selon le procédé précédemment décrit.
[0026] Préférentiellement, lors de la mise en œuvre par un turbopropulseur de la pluralité des turbopropulseurs d’un tel procédé de commande, le turbopropulseur mettant en œuvre le procédé de commande est le turbopropulseur parmi la pluralité des turbopropulseurs qui est le dernier à s’être arrêté. Et, lorsque le dernier turbopropulseur à s’être arrêtée s’avère incapable de passer en mode éolienne de secours, le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes :
[0027] - identification parmi les autres turbopropulseurs de la pluralité de turbopropulseurs de celui présentant une température d’huile la plus élevée,
[0028] - mise en œuvre par le turbopropulseur identifié du procédé de commande décrit précédemment.
[0029] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier non limitatif de l’invention. Brève description des figures
[0030] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
[0031] [Fig.l] est une vue schématique d’un turbopropulseur selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
[0032] [Fig.2] est une vue schématique d’un turbopropulseur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
[0033] Dans ces figures, des références numériques identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou analogues. Par ailleurs, pour des raisons de clarté, les dessins ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire Description des modes de réalisation
[0034] En référence à la [Fig.l], un aéronef non représenté comprend au moins un turbopropulseur 10 de type à générateur de gaz 11 et turbine libre 12 dont la turbine 12 est pourvue d’un arbre de sortie 13 relié mécaniquement à une entrée 21 d’un boitier réducteur de mouvement 20 par un dispositif de roue libre 14. Le boitier 20 comprend une sortie principale 22 reliée à un arbre porte-hélice 30 qui porte une hélice 31 à pas variable de type « double effet » connue en elle -même. Le pas de l’hélice 31 est commandé hydrauliquement par une unité de contrôle de pas 32 reliée à l’hélice 31. L’unité 32 fait partie d’un circuit d’un circuit hydraulique de réglage 33 du pas de l’hélice 31 et est reliée à une pompe à huile 40 électrique via une première conduite 41. La pompe 40 est également connue sous le nom de « pompe de mise en drapeau ». L’unité 32 est également reliée hydrauliquement à une pompe mécanique haute pression 42 reliée par un arbre 43 à une première sortie auxiliaire 23 du boitier 20. Une conduite principale d’alimentation 44 s’étend entre la pompe 42 et l’unité 32. La première conduite 41 vient en piquage sur la conduite 44. Les pompes 40 et 42 sont toutes deux reliées à un réservoir d’huile auxiliaire 45.
[0035] Une machine électrique tournante 46 est reliée à une deuxième sortie auxiliaire 24 du boitier 20 et est ainsi couplée mécaniquement à l’arbre porte-hélice 30. La machine 46 fonctionne comme générateur électrique et est reliée à un réseau électrique non représenté de l’aéronef qui comprend notamment des batteries de stockage électrique.
[0036] De manière connue en elle-même, le turbopropulseur 10 comprend une pompe moteur 50 entrainée par le générateur de gaz 11 et qui puise de l’huile dans un réservoir principal 51 pour alimenter un premier circuit de lubrification 52 des paliers 15 du générateur de gaz 11 et de la turbine 12 et un deuxième circuit de lubrification 53 des paliers 25 du boitier 20. Cette alimentation se fait via une conduite principale 55 qui alimente un premier piquage 56 relié au circuit 52 et un deuxième piquage 57 relié au circuit 53. Le turbopropulseur 10 comprend également une pompe principale de récupération 58 entrainée par le générateur de gaz 11 et qui est reliée par un conduit de récupération d’huile 59 au boitier 20 pour en récupérer l’huile de fond collectée par ruissèlement et transférer cette huile au réservoir principal 51 via un quatrième conduit
59.1 après passage dans un ensemble de filtrage et d’échange de chaleur (non représenté). Enfin, une conduite 60 de mise en pression s’étend entre la pompe 50 et le réservoir 45.
[0037] De manière spécifique à l’invention, le turbopropulseur 10 comprend une deuxième conduite 48 qui vient en piquage sur la conduite 44 et relie la conduite 44 à la conduite 55 en amont du piquage 57, mettant ainsi en communication fluidique la pompe 40 et le circuit de lubrification 53. Un premier clapet anti-retour 49 situé sur la deuxième conduite 48 interdit une circulation de fluide depuis la conduite 55 vers la conduite 44. Le clapet 49 comprend un clapet 49.1 piloté électriquement et un réducteur de pression
49.2 assurant qu’une pression d’alimentation adaptée est appliquée en entrée du circuit de lubrification 53. Un second clapet 61 situé sur la conduite 55 en aval du piquage 56 et en amont du point de piquage de la conduite 48 interdit une circulation de fluide depuis la conduite 44 vers le circuit de lubrification 52.
[0038] Une pompe auxiliaire de récupération 70 est reliée au boitier 20 par un troisième piquage 71 pris sur la conduite 59 en amont de la pompe 58. La pompe 70 est une pompe électrique dont une sortie 72 est reliée par une troisième conduite 73 au réservoir 45. Un clapet 74 piloté électriquement permet de sélectivement mettre en liaison fluidique la sortie 72 de la pompe 70 et le réservoir 45. La pompe 58, la conduite 59, la pompe 70, le piquage 71 et la conduite 73 constituent un circuit de récupération 76 de l’huile de fond du boitier 20.
[0039] L’ensemble des équipements électriques (pompes et clapets électro-pilotés) sont reliés à une unité de commande et d’alimentation non représentée. [0040] Le fonctionnement du turbopropulseur 10 va maintenant être décrit dans un premier mode de fonctionnement nominal et dans un second mode de fonctionnement de secours, lorsque le générateur de gaz 11 et/ou la turbine libre 12 sont arrêtés.
[0041] En mode de fonctionnement nominal, le générateur de gaz 11 entraîne la turbine libre 12 qui met en rotation l’hélice 31 via le boitier 20. Le générateur de gaz 11 entraine également :
[0042] - la pompe moteur 50 qui met en pression le réservoir auxiliaire 45 via la conduite 60 et alimente les circuits de lubrification 52 et 53 ;
- la pompe principale de récupération 58 qui renvoie l’huile de fond du boitier 20 au réservoir principal.
[0043] Le boitier 20 transmet également le mouvement de la turbine 12 aux organes suivants :
[0044] - la machine électrique 46 qui génère alors du courant électrique à destination du réseau électrique de l’aéronef ;
- la pompe haute pression 42 qui alimente l’unité de contrôle de pas d’hélice 32.
[0045] Les pompes électriques 40 et 70 ne sont pas énergisées en mode de fonctionnement nominal. Le clapet 61 autorise la circulation d’huile vers le circuit 53 et le clapet 49 empêche que l’huile envoyée par la pompe 50 vers le circuit de lubrification 53 vienne en entrée de l’unité de de contrôle de pas d’hélice 32. Le clapet 74 est piloté de manière à empêcher un refoulement d’huile vers la pompe 70 lors d’une mise en pression du réservoir 45.
[0046] Le passage en mode dégradé se fait après que l’avionique ait détecté un arrêt du générateur de gaz 11 et/ou de la turbine libre 12 et que la mise en drapeau de l’hélice 31 ait été réalisée selon des modalités connues à l’aide de la pompe 40. Le passage en mode dégradé comprend plusieurs étapes. Selon une première étape, on commande la pompe à huile électrique 40 pour qu’elle alimente en huile le circuit hydraulique de réglage 33 via la conduite 41. L’huile fournie par la pompe à huile 40 circule également dans la deuxième conduite 48, passe à travers le clapet 49 qui est en position passante et vient alimenter le circuit de lubrification 53 des paliers 25 du boitier 20. Le clapet 61 empêche qu’une partie du flux d’huile en provenance de la pompe 40 alimente inutilement les paliers du générateur de gaz qui ne tourne plus. Selon une deuxième étape, on commande un réglage du pas de l’hélice 31 afin de générer un effet de moulinet pour entraîner l’hélice 31 en rotation. Le vent apparent provoqué par le déplacement de l’aéronef entraîne l’hélice 31 en rotation qui transmet ce mouvement aux sorties auxiliaires 23 et 24 du boitier 20 via l’arbre 30. Le dispositif de roue libre 14 permet un découplage de la turbine libre 12 lorsque l’hélice 31 est motrice des sorties auxiliaires 23 et 24 du boitier 20. La sortie auxiliaire 23 permet l’actionnement de la pompe haute pression 42 qui alimente alors l’unité 32 ainsi que le circuit 53 via la deuxième conduite 48. La pompe 40 est alors maintenue sous tension afin de gaver l’unité de contrôle de pas 32 en huile pressurisée.. Au cours de ces étapes, la pompe auxiliaire 70 de récupération d’huile est maintenue en fonctionnement et le clapet 74 est piloté pour autoriser l’admission d’huile depuis la pompe 70 vers le réservoir 45. La machine électrique tournante 46 étant entraînée en rotation par la sortie 24 du boitier 20, elle génère de l’électricité et peut ainsi fournir la puissance pour les fonctionnalités minimales de l’aéronef et recharger les batteries pour alimenter la pompe à huile électrique 40 et la pompe de récupération 70.
[0047] On obtient alors un fonctionnement de l’hélice 31 en éolienne de secours qui permet un maintien de la lubrification des paliers du boitier 20, assurant ainsi un fonctionnement pérenne non destructif de l’hélice 31 en tant qu’éolienne de secours. La pompe de récupération auxiliaire 70 permet l’établissement d’une boucle d’alimentation du réservoir auxiliaire 45 depuis le boitier 20 assurant une alimentation en continu du circuit de réglage du pas d’hélice 33 et du circuit de lubrification 53. Le clapet 61 et la roue libre 14 permettent d’optimiser l’énergie mécanique fournie par l’hélice 31 en isolant les « charges » mécaniques et hydrauliques inutiles du fonctionnement en mode dégradé.
[0048] Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique identique à celle-ci dans la description qui suit d’un deuxième mode de réalisation de l’invention.
[0049] Selon un deuxième mode de réalisation représenté en [Fig.2], la pompe de récupération 80 est, ici, une pompe à entrainement mécanique reliée par un arbre 81 à une troisième sortie auxiliaire 27 du boitier 20.
[0050] La pompe principale de récupération 58 du premier mode de réalisation entrainée par le générateur de gaz 11 et la pompe de récupération 70 entrainée électriquement sont supprimées et remplacées par une unique pompe de récupération mécanique 80 reliée par un arbre 81 à une troisième sortie auxiliaire 27 du boitier 20. Un conduit de récupération d’huile 82 relie la pompe 80 au boitier 20 pour en récupérer l’huile de fond collectée par ruissèlement et transférer cette huile à une vanne trois voies 83. La vanne trois voies 83 oriente sélectivement le flux d’huile vers le réservoir auxiliaire 45 ou le réservoir principal 51 via le conduit 59.1 après passage dans un ensemble de filtrage et d’échange de chaleur 84.
[0051] Le fonctionnement du turbopropulseur 10 selon ce deuxième mode de réalisation va maintenant être décrit dans un premier mode de fonctionnement nominal et dans un second mode de fonctionnement de secours, lorsque le générateur de gaz 11 et/ou la turbine libre 12 sont arrêtés.
[0052] En mode de fonctionnement nominal, le générateur de gaz 11 entraîne la turbine libre 12 qui met en rotation l’hélice 31 via le boitier 20. Le générateur de gaz 11 entraine également la pompe moteur 50 qui met en pression le réservoir auxiliaire 45 via la conduite 60 et alimente les circuits de lubrification 52 et 53.
[0053] Le boitier 20 transmet également le mouvement de la turbine 12 aux organes suivants :
[0054] - la machine électrique 46 qui génère alors du courant électrique à destination du réseau électrique de l’aéronef ;
- la pompe haute pression 42 qui alimente l’unité de contrôle de pas d’hélice 32 ;
- la pompe de récupération 80 qui renvoie l’huile de fond du boitier 20 au réservoir principal 51, la vanne trois voies 83 étant commandée pour orienter le flux d’huile en provenance de la pompe 80 vers le réservoir principal 51.
[0055] La pompe électrique 40 n’est pas énergisée en mode de fonctionnement nominal. Le clapet 61 autorise la circulation d’huile vers le circuit 53 et le clapet 49 empêche que l’huile envoyée par la pompe 50 vers le circuit de lubrification 53 vienne en entrée de l’unité de de contrôle de pas d’hélice 32.
[0056] Le passage en mode dégradé se fait après que l’avionique ait détecté un arrêt du générateur de gaz 11 et/ou de la turbine libre 12 et que la mise en drapeau de l’hélice 31 ait été selon des modalités connues à l’aide de la pompe 40. Le passage en mode dégradé comprend plusieurs étapes. Selon une première étape, on commande la pompe à huile électrique 40 pour qu’elle alimente en huile le circuit hydraulique de réglage 33 via la conduite 4L L’huile fournie par la pompe à huile 40 circule également dans la deuxième conduite 48, passe à travers le clapet 49 qui est en position passante et vient alimenter le circuit de lubrification 53 des paliers 25 du boitier 20. Le clapet 61 empêche qu’une partie du flux d’huile en provenance de la pompe 40 alimente inutilement les paliers du générateur de gaz qui ne tourne plus. Selon une deuxième étape, on commande un réglage du pas de l’hélice 31 afin de générer un effet de moulinet pour entraîner l’hélice 31 en rotation. Le vent apparent provoqué par le déplacement de l’aéronef entraîne l’hélice 31 en rotation qui transmet ce mouvement aux sorties auxiliaires 23 et 24 du boitier 20 via l’arbre 30. Le dispositif de roue libre 14 permet un découplage de la turbine libre 12 lorsque l’hélice 31 est motrice des sorties auxiliaires 23,24 et 27 du boitier 20. La sortie auxiliaire 23 permet l’actionnement de la pompe haute pression 42 qui alimente alors l’unité 32 ainsi que le circuit 53 via la deuxième conduite 48. La pompe 40 peut alors être maintenue sous tension afin de gaver l’unité de contrôle de pas 32 en huile pressurisée. La pompe 80 de récupération d’huile est actionnée via le boitier 20 et la vanne trois voies 83 est pilotée pour orienter le flux d’huile d’huile depuis la pompe 80 vers le réservoir 45. La machine électrique tournante 46 étant entraînée en rotation par la sortie 24 du boitier 20, elle génère de l’électricité et peut ainsi fournir la puissance pour les fonctionnalités minimales de l’aéronef et recharger les batteries pour alimenter la pompe électrique 40.
[0057] Un tel turbopropulseur 10 permet, lorsqu’il équipe un aéronef, de fournir une fonction d’éolienne de secours. Lorsqu’un aéronef est équipé d’une pluralité de turbo- propulseurs 10 selon l’invention, il peut être configuré pour mettre en œuvre un procédé de commande comprenant, alors que l’aéronef est en vol, les étapes suivantes : [0058] -l’ensemble des turbopropulseurs 10 de la pluralité de turbopropulseurs étant passé à l’arrêt, réception d’une requête de placement ou passage automatique (par exemple sur instruction d’une unité de contrôle de l’aéronef non représentée) d’au moins une turbomachine dans un mode de fonctionnement du type éolienne de secours,
[0059] - mise en œuvre, par l’un des turbopropulseurs 10 de la pluralité de turbopropulseurs, d’un procédé de commande de ce dernier en tant qu’éolienne de secours, telle que précité, ce turbopropulseur 10 étant de manière préférentielle le turbopropulseur 10 parmi la pluralité de turbopropulseurs qui est le dernier à s’être arrêté.
[0060] On notera que, dans le cas où, lors de la mise en œuvre du procédé de commande par le dernier turbopropulseur à s’être arrêté, celui-ci s’avère incapable de passer en mode éolienne de secours, il peut être identifié parmi les autres turbopropulseurs de la pluralité de turbopropulseurs 10 celui-présentant une température d’huile la plus élevée. Une fois identifié ledit turbopropulseur 10 présentant une température d’huile la plus élevée, ce dernier peut être configuré pour mettre en œuvre le procédé de commande selon l’invention pour être placé en mode éolienne de secours.
[0061] Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
[0062] En particulier,
[0063] - bien qu’ici le circuit de récupération comprenne un clapet piloté, l’invention s’applique également à d’autres types de dispositif de blocage de la circulation d’un fluide, comme par exemple une vanne ou un clapet non piloté ;
- bien qu’ici le circuit de récupération comprenne une vanne trois voies, l’invention s’applique également à d’autres types de dispositif d’orientation de la circulation d’un fluide comme par exemple un assemblage de clapet piloté ;
- bien qu’ici le clapet 74 soit un clapet piloté électriquement, l’invention s’applique également à un clapet simple, dépourvu de pilotage ;
- bien qu’ici la pompe 40 soit maintenue sous tension lors du passage en mode dégradé, l’invention s’applique également à un passage en mode dégradé dans lequel l’alimentation électrique de la pompe 40 est coupée, il est alors nécessaire de prévoir que la pompe haute pression 42 ait la capacité d’amener l’huile non pressurisée en provenance du réservoir auxiliaire à une pression suffisante pour alimenter l’unité de contrôle de pas d’hélice 32. Ceci peut être notamment réalisé à l’aide d’une pompe auto-amorçante.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Turbopropulseur (10) comprenant :
- une turbine (12) pourvue d’un arbre de sortie (13) relié mécaniquement à une entrée (21) d’un réducteur de mouvement (20) ;
- un arbre porte-hélice (30) portant une hélice (31) à pas variable et qui est relié mécaniquement à une sortie principale (22) du réducteur de mouvement (20),
- une machine électrique tournante (46) couplée mécaniquement à l’arbre porte-hélice (30) via le réducteur de mouvement (20), et
- une pompe à huile électrique (40) configurée pour alimenter un circuit hydraulique de réglage (33) du pas de l’hélice (31) depuis un réservoir auxiliaire (45) via une première conduite (41), le turbopropulseur (10) étant caractérisé en ce que la pompe à huile électrique (40) est également configurée pour alimenter via une deuxième conduite (48) un circuit de lubrification (53) des paliers (25) du réducteur de mouvement (20), la deuxième conduite (48) comprenant un clapet piloté électriquement (49.1).
[Revendication 2] Turbopropulseur (10) selon la revendication 1, dans lequel la deuxième conduite (48) comprend également un dispositif réducteur de pression (49.2).
[Revendication 3] Turbopropulseur (10) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un circuit de récupération (76) d’huile du réducteur de mouvement (20), le circuit de récupération (76) d’huile comprenant une troisième conduite (59) d’amenée d’huile vers le réservoir auxiliaire (45).
[Revendication 4] Turbopropulseur (10) selon la revendication 3, dans lequel le circuit de récupération (76) comprend une pompe de récupération électrique (70).
[Revendication 5] Turbopropulseur (10) selon la revendication 3, dans lequel le circuit de récupération (76) comprend une pompe de récupération (80) reliée mécaniquement au réducteur de mouvement (20).
[Revendication 6] Turbopropulseur (10) selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel le circuit de récupération (76) comprend un dispositif d’orientation et/ou de blocage de la circulation du fluide.
[Revendication 7] Turbopropulseur selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la deuxième conduite (48) comprend un premier clapet (49) anti-retour.
[Revendication 8] Turbopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 ou 7, dans lequel un conduit d’alimentation (55) en huile du circuit de lubrification (53) des paliers (25) du réducteur de mouvement (20) à partir d’un réservoir principal (51) comprend un deuxième clapet (61) anti-retour.
[Revendication 9] Turbopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’arbre de sortie (13) de turbine (12) comprend un dispositif de roue libre (14).
[Revendication 10] Turbopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant une pompe haute pression (42) d’alimentation du circuit hydraulique de réglage de pas (33) depuis le réservoir auxiliaire (45), la pompe haute pression étant configurée pour alimenter le circuit hydraulique de réglage de pas (33), y compris lorsque le réservoir auxiliaire (45) n’est pas pressurisé.
[Revendication 11] Procédé de commande d’un turbopropulseur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 en tant qu’éolienne de secours, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- entraîner la pompe à huile électrique (40) de manière à alimenter en huile le circuit hydraulique de réglage (33) d’un pas de l’hélice (31) et un circuit de lubrification (53) des paliers (25) du réducteur de mouvement (20),
- régler le pas de l’hélice (31) afin de générer l’effet de moulinet pour entraîner l’hélice (31) en rotation,
- la machine électrique tournante (46) étant entraînée en rotation par l’arbre porte-hélice (30) en raison du couplage mécanique entre eux, générer de l’électricité par la machine électrique tournante (46).
[Revendication 12] Procédé de commande d’un aéronef comprenant une pluralité de turbo- propulseurs (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant, alors que l’aéronef est en vol, les étapes suivantes :
- la pluralité de turbopropulseurs (10) étant passée à l’arrêt, réception d’une requête de placement ou passage automatique d’au moins un turbopropulseur (10) dans un mode de fonctionnement du type éolienne de secours,
- mise en œuvre par un turbopropulseur (10) de la pluralité de turbopro- pulseurs (10) d’un procédé de commande selon la revendication 11.
[Revendication 13] Procédé de commande selon la revendication 12, dans lequel, lors de la mise en œuvre par un turbopropulseur (10) de la pluralité des turbopro- pulseurs d’un procédé de commande selon la revendication 11, le turbopropulseur (10) mettant en œuvre le procédé de commande selon la revendication 11 est le turbopropulseur (10) parmi la pluralité des turbo- propulseurs (10) qui est le dernier à s’être arrêté.
[Revendication 14] Procédé de commande selon la revendication 13, dans lequel il est en outre prévu :
- dans le cas où lors de la mise en œuvre du procédé de commande par le dernier turbopropulseur (10) à s’être arrêtée, celui-ci s’avère incapable de passer en mode éolienne de secours, identification parmi les autres turbopropulseurs (10) de la pluralité de turbopropulseurs (10) celui présentant une température d’huile la plus élevée,
- mise en œuvre par le turbopropulseur (10) identifié du procédé de commande selon la revendication 11.
[Revendication 15] Procédé de commande selon la revendication 12, dans lequel, lorsque le procédé de commande selon la revendication 11 est mis en œuvre par un turbopropulseur (10) selon la revendication 10, le procédé comprend une étape supplémentaire d’arrêter l’entrainement de la pompe à huile électrique (40) une fois que la machine électrique tournante (46) génère de l’électricité.
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