WO2024084151A1 - Procédé et module de détection de l'état d'un dispositif d'accouplement, turbomachine et aéronef associés - Google Patents

Procédé et module de détection de l'état d'un dispositif d'accouplement, turbomachine et aéronef associés Download PDF

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WO2024084151A1
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electric machine
coupling device
rotation speed
rotating shaft
comparison
Prior art date
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PCT/FR2023/051569
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Irène BUJON
Vincent Christophe Brodbeck
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
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    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
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    • F01D25/28—Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
    • F01D25/285—Temporary support structures, e.g. for testing, assembling, installing, repairing; Assembly methods using such structures

Definitions

  • TITLE Method and module for detecting the state of a coupling device, turbomachine and associated aircraft
  • the invention relates to the detection of the operating state of a coupling device connecting two shafts together.
  • the invention relates more particularly to a module for controlling the operation of the coupling device, a turbomachine comprising a coupling device and such a module, an aircraft comprising such a turbomachine and a method for controlling the operation of the coupling device.
  • An aircraft is generally equipped with a turbomachine comprising at least one rotating shaft, at least one gas turbine, at least one compressor and a combustion chamber.
  • the turbomachine may include an electric machine, for example with permanent magnets.
  • the current generated by the electromotive force causes heating of the loop in which the current flows, which is likely to cause a fire on board the aircraft.
  • the coupling device In order to guarantee a high level of availability and operational reliability of the coupling device, it is necessary to periodically check its operation to ensure that during a disconnection command, the coupling device separates the drive shaft and the rotor shaft. In particular, during a disconnection instruction following the detection of a breakdown of the electrical machine, it is necessary to have confirmation of the disconnection of the coupling device. It is therefore necessary to have a method of adaptive verification of the operating state of the coupling device.
  • the present invention aims to overcome all or part of these drawbacks.
  • the subject of the present invention is a method for controlling the operation of a coupling device for an aircraft turbomachine, the turbomachine comprising a rotating shaft and an electrical machine, the coupling device being configured to connect a rotor shaft of the electric machine with the rotating shaft and having two operating states, a coupled state so as to secure the rotor shaft and the rotating shaft and a decoupled state so as to separate the rotor shaft and the rotating shaft, the method comprising the following steps: determining a control state of the coupling device; determination of the rotation speed of the electrical machine; determination of the rotation speed of the rotating shaft; a first comparison of the rotation speed of the electric machine determined with a temporal evolution profile of the rotation speed of the electric machine determined from the rotation speed of the rotary shaft and the control state of the coupling device, the first comparison being implemented to determine an operating deviation; a second comparison of the operating deviation with a detection threshold; And according to the result of the second comparison step, an identification of the existence or absence of a failure of the coupling device; the second comparison step compris
  • Determining the value of the detection threshold as a function of the control parameter, the operating deviation and the rotation speed of the electric machine makes it possible to take into account the conditions of use of the turbomachine in order to improve detection. of a failure of the coupling device.
  • control parameter is chosen from the exterior temperature, the altitude of the aircraft and a parameter representative of a type of failure of the electrical machine.
  • the first comparison step comprises a preliminary step of determining a chart of temporal evolution profiles of the rotation speed of the electric machine as a function of the rotation speed of the rotating shaft and the state of control of the coupling device.
  • the second comparison step comprises the calculation of the gradient of the operating deviation and a step of calculating the gradient of the temporal evolution profile prior to the second comparison step, the value of the detection threshold being determined from the control parameter, the gradient of the operating deviation, and the gradient of the rotational speed of the determined electrical machine.
  • the method comprises a step of delaying the result of the second comparison step.
  • the method comprises, prior to the step of determining the rotation speed of the electric machine, controlling the electric machine in engine mode when the turbomachine is stopped.
  • the method includes blocking the rotation of the rotating shaft when the electric machine operates in motor mode.
  • the present invention also relates to a module for controlling the operation of a coupling device for an aircraft turbomachine, the turbomachine comprising a rotary shaft and an electrical machine, the coupling device being configured to connect a rotor shaft of the electric machine to the rotating shaft and having two operating states, a coupled state so as to secure the rotor shaft and the rotating shaft and an uncoupled state so as to separate the rotor shaft and the rotating shaft, the module comprising: first determination means configured to determine a control state of the coupling device; second determination means configured to determine the rotation speed of the electric machine, third determination means configured to determine the rotation speed of the rotating shaft; first comparison means configured to compare the rotation speed of the electric machine to a temporal evolution profile of the rotation speed of the electric machine determined from the rotation speed of the rotating shaft and the state for controlling the coupling device, the first comparison means being configured to determine an operating deviation; second comparison means configured to compare the operating deviation with a detection threshold; and means
  • the present invention also relates to a turbomachine for an aircraft comprising a rotary shaft, an electric machine, and a coupling device configured to connect a rotor shaft of the electric machine to the rotary shaft and having two operating states, one coupled state so as to secure the rotor shaft and the rotating shaft and an uncoupled state so as to separate the rotor shaft and the rotating shaft, the turbomachine comprising a control module as defined above.
  • the subject of the present invention is an aircraft comprising a turbomachine as defined above.
  • FIG 1 schematically illustrates an aircraft according to the invention
  • FIG 2 schematically illustrates a control module according to the invention
  • FIG 3 schematically illustrates a method for controlling the operation of a coupling device of an aircraft turbomachine according to the invention.
  • Figure 1 schematically represents an aircraft 2 comprising a turbomachine 4, the aircraft 2 being for example an airplane, a helicopter or an airplane with vertical takeoffs and landings.
  • the turbomachine 4 comprises at least one rotating shaft, here a rotating shaft 6 on which a fan 8, a compressor 10, a combustion chamber 12 and a turbine 14 are mounted.
  • the turbomachine 4 comprises an electric machine 16 and a coupling device 18 connecting the rotor shaft of the electric machine 16 to the rotary shaft 6, for example via a gearbox having a predetermined transmission ratio.
  • the coupling device 18 can, however, directly connect the rotor shaft of the electric machine 16 to the rotating shaft 6.
  • the electric machine 16 comprises for example a synchronous machine with permanent magnets associated with a power electronics converter or an electromagnet machine.
  • the electric machine 16 includes a rotor shaft (not shown).
  • the electric machine 16 has a wound rotor.
  • the coupling device 18 comprises two operating states, namely a so-called “coupled” state in which the rotor shaft and the rotating shaft 6 are joined and a so-called “decoupled” state in which the rotor shaft and the rotating shaft 6 are separated.
  • the turbomachine 4 further comprises a control device 20 capable of controlling the coupling device 18 so that the coupling device 18 is in a coupled state or an uncoupled state.
  • the electrical machine 16 comprises a diagnostic sensor 22.
  • the diagnostic sensor 22 can be a temperature sensor capable of detecting overheating of the electrical machine 16, a force sensor capable of detecting a bearing failure of the electrical machine 16, an electrical sensor capable of detecting a short circuit of the electrical machine 16, a pressure sensor or an oil level sensor.
  • the diagnostic sensor 22 can be considered as a set of different sensors chosen from the temperature sensor, the force sensor, the pressure sensor, the oil level sensor and the electrical sensor for example.
  • the turbomachine 4 comprises a temperature sensor 24 capable of measuring the temperature outside the turbomachine 4 and an altitude sensor 26 capable of measuring the altitude at which the turbomachine 4 is located.
  • the coupling device 18 is controlled by a control module 28.
  • This control module 28 comprises, as illustrated in Figure 2, first means 30 for determining the control state of the coupling device 18, second determination means 32 capable of determining the speed of rotation of the electric machine 16, third determination means 34 capable of determining the speed of rotation of the rotary shaft 6.
  • the first determination means 30 are for example electronically connected to the control device 20.
  • the second determination means 32 comprise for example a rotation speed sensor capable of measuring the rotation speed of the rotor shaft of the electric machine 16.
  • the third determination means 34 comprise for example a rotation speed sensor capable of measuring the rotation speed of the rotary shaft 6.
  • the control module 28 further comprises first comparison means 36 configured to compare the rotation speed of the electrical machine 16 with a temporal evolution profile of the rotation speed of the electrical machine 16 determined from the speed of rotation of the rotary shaft 6 and the control state of the coupling device 18.
  • the first comparison means 36 are thus configured to determine an operating deviation.
  • first comparison means 36 may comprise a software architecture intended to implement a comparison algorithm.
  • Such first comparison means 36 can be in the form of logic circuits forming a comparator for example.
  • Second comparison means 38 for example in the form of a comparator or a software architecture integrating a second comparison algorithm, ensure the comparison between the operating deviation and a detection threshold.
  • the second comparison means 38 determine the value of the detection threshold from at least one control parameter P, the operating deviation and the rotation speed of the electric machine 16.
  • the control module 28 comprises means for determining a failure 40, for example software means, configured to identify the existence or absence of a failure of the device coupling 18 according to the result delivered by the second comparison means 38. They are electronically connected to an indicator light or to an alarm system, which may be audible, of the aircraft 2 to warn an operator of the failure.
  • the means for determining a failure 40 are able to stop the turbomachine 4 in the event of detection of a failure of the change of state of the coupling device 18, the electric machine 16 no longer rotating when the turbomachine 4 is stopped.
  • Figure 3 schematically represents a method for controlling the operation of the coupling device 18.
  • combustion chamber 12 generates hot gases driving the turbine 14.
  • the first determination means 30 and the control device 20 determine a control state of the coupling device 18.
  • the control state of the device coupling device 18 is delivered in the form of a control instruction in the coupled state or in the decoupled state of the coupling device 18.
  • a rotation speed sensor of the second determination means 32 measures the rotation speed of the rotor shaft of the electric machine 16.
  • the rotation speed of the electric machine 16 is for example recorded in a memory of the second determination means 32.
  • the rotation speed of the rotating shaft 6 is determined.
  • a rotation speed sensor of the third determination means 34 measures the rotation speed of the rotating shaft 6.
  • the rotation speed of the measured rotating shaft 6 is for example recorded in a memory of the third determination means 34.
  • Steps 42, 44 and 46 can be carried out simultaneously or successively.
  • the first comparison means 36 then compare the rotation speed of the electric machine 16 to a temporal evolution profile of the rotation speed of the electric machine 16 determined from the rotation speed of the rotating shaft 6 and the control state of the coupling device 18 to determine an operating deviation (step 48).
  • the operating difference is for example equal to the difference between the rotation speed of the electric machine 16 and the temporal evolution profile.
  • This difference can be an instantaneous difference or a sum of the difference between the rotation speed of the determined electric machine 16 and the temporal evolution profile over a predetermined duration.
  • the temporal evolution profile includes the evolution of the rotation speed of the rotating shaft 6 when the coupling device 18 is in a coupled state or the evolution of the rotation speed of the rotating shaft 6 when the coupling device 18 is in an uncoupled state. It is obtained for example from a model of the coupling device 18 operating reliably or for example from a technical sheet of the electrical machine 16.
  • the temporal evolution profile is extracted from a chart of temporal evolution profiles of the rotation speed of the electric machine 16.
  • the chart is determined prior to the first comparison step as a function of the rotation speed of the rotary shaft 6 and the control state of the coupling device 18.
  • the chart of temporal evolution profiles makes it possible to quickly determine the temporal evolution profile used during the first comparison step 48.
  • the second comparison means 38 compare the operating deviation to a detection threshold.
  • the detection threshold is variable and is determined from a control parameter P, the operating deviation and the rotation speed of the electric machine 16.
  • the control parameter P includes for example the temperature outside the aircraft 2 measured by the temperature sensor 24, the altitude of the aircraft 2 measured by the altitude sensor 26.
  • the exterior temperature of the aircraft 2 makes it possible to determine the viscosity of the oil of the electrical machine 16 and/or the viscosity of the oil of the turbomachine 4.
  • the electric machine 16 When the viscosity of the cooling oil of the electric machine 16 is high, the electric machine 16 has greater inertia. When the viscosity of the oil of the turbomachine 4 is high and the coupling device 18 is in a coupled state, the electric machine 16 has greater inertia.
  • the control parameter P may include a parameter representative of a type of failure of the electrical machine 16.
  • the second comparison means 38 modify the value of the threshold to take into account the change in behavior of the electrical machine 16 as a result of the overheating.
  • the second comparison means 38 modify the value of the threshold to take into account the change in behavior of the electrical machine 16 following the failure of the bearing.
  • the second comparison means 38 modify the value of the threshold to take into account the change in behavior of the electrical machine 16.
  • the second comparison means 38 modify the value of the threshold to take into account the change in behavior of the electrical machine 16.
  • the parameter P can include several quantities among the external temperature of the aircraft 2, the altitude of the aircraft 2 and the parameter representative of a type of failure.
  • the method comprises calculating the gradient (V) of the operating deviation and a step of calculating the gradient of the temporal evolution profile prior to the second comparison step 50, the value of the detection threshold being determined at from the control parameter P, the gradient of the operating deviation, and the gradient of the temporal evolution profile of the rotation speed of the electric machine 16.
  • a failure of the coupling device 18 can be detected (step 52). If, for example, the operating deviation is greater than the variable detection threshold, then the coupling device 18 is considered to be faulty. If the operating deviation is less than the detection threshold, then the coupling device 18 is considered to be functional.
  • the result delivered by the second comparison means 38 is stored in a memory for a predetermined duration and steps 42, 44, 46, 48 and 50 are repeated, then the result delivered by the second comparison means 38 is compared to the result stored in memory. If the two results are identical and representative of a failure, the means for determining a failure 40 signal the failure. Otherwise, the failure determination means 40 signal the absence of failure.
  • the control method is for example implemented following a change of state of the coupling device 18 to decouple the electrical machine 16 following a breakdown of the electrical machine 16, or when switching on carrying out an operational test of the coupling device 18 or to ensure that the coupling device 18 is still in the operating state controlled by the control device 20.
  • the method begins with a step 56 of controlling the electric machine 16 in motor mode so that the electric machine 16 uses electrical power to generate mechanical rotational power.
  • control device 20 controls the electric machine 16 in motor mode so that the electric machine 16 generates mechanical power sufficient to rotate the rotor shaft of the electric machine 16, but insufficient to rotate the rotating shaft 6.
  • Steps 42, 44 and 46 described above are then carried out.
  • the temporal evolution profile includes the rotation speed of the decoupled electric machine 16.
  • a propeller brake is for example activated to prevent the rotation of the rotary shaft 6.
  • the blocking step 58 also makes it possible to prevent an incorrect assessment of the operating state of the coupling device 18 when the rotary shaft 6 is rotated by the wind "windmilling" in English.
  • Adjusting the value of the detection threshold according to the control parameter P, the operating deviation and the rotation speed of the electric machine 16 makes it possible to take into account the conditions of use of the turbomachine 4 in order to improve the detection of a failure of the coupling device 18.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Ce procédé de contrôle du fonctionnement d'un dispositif d'accouplement (18) pour turbomachine (4) d'aéronef (2) comprend les étapes de : - une première comparaison (48) de la vitesse de rotation d'une machine électrique (16) déterminée avec un profil d'évolution temporelle, la première comparaison (48) étant mise en œuvre pour déterminer un écart de fonctionnement; - une deuxième comparaison (50) de l'écart de fonctionnement avec un seuil de détection; et - selon le résultat de la deuxième étape de comparaison (50), une identification de l'existence ou de l'absence d'une défaillance (52) du dispositif d'accouplement (18); la deuxième étape de comparaison (50) comprenant la détermination de la valeur du seuil de détection à partir d'au moins un paramètre de pilotage (P), de l'écart de fonctionnement et de la vitesse de rotation de la machine électrique (16).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé et module de détection de l’état d’un dispositif d’accouplement, turbomachine et aéronef associés
Domaine technique
L ’invention concerne la détection de l’ état de fonctionnement d’un dispositif d’ accouplement reliant deux arbres entre eux.
L ’invention concerne plus particulièrement un module de contrôle du fonctionnement du dispositif d’ accouplement, une turbomachine comprenant un dispositif d’accouplement et un tel module, un aéronef comprenant une telle turbomachine et un procédé de contrôle du fonctionnement du dispositif d’ accouplement.
Techniques antérieures
Un aéronef est généralement muni d’une turbomachine comprenant au moins un arbre rotatif, au moins une turbine à gaz, au moins un compresseur et une chambre de combustion.
La turbomachine peut comprendre une machine électrique, par exemple à aimants permanents.
Tant que le rotor de la machine électrique tourne, les aimants génèrent une force électromotrice.
Lors d’un court-circuit, le courant généré par la force électromotrice provoque un échauffement de la boucle dans laquelle circule le courant, ce qui est susceptible de provoquer un incendie à bord de l’ aéronef.
Il est connu de rajouter un dispositif d’ accouplement reliant un arbre rotorique de la machine électrique à un arbre d’ entrainement de la turbomachine pour désolidariser l’ arbre d’ entrainement de l’ arbre rotorique de la machine électrique.
Afin de garantir un haut niveau de disponibilité et de fiabilité de fonctionnement du dispositif d’ accouplement, il est nécessaire de contrôler périodiquement son fonctionnement pour s’ assurer que lors d’une commande de déconnexion, le dispositif d’ accouplement désolidarise l’ arbre d’ entraînement et l’ arbre rotorique. En particulier, lors d’une consigne de déconnexion à la suite de la détection d’une panne de la machine électrique, il est nécessaire d’ avoir une confirmation de la déconnexion du dispositif d’accouplement. Il est donc nécessaire d’ avoir une méthode de vérification adaptative de l’ état de fonctionnement du dispositif d’ accouplement.
Exposé de l’invention
La présente invention a pour objectif de pallier tout ou partie de ces inconvénients.
La présente invention a pour objet un procédé de contrôle du fonctionnement d’un dispositif d’ accouplement pour turbomachine d’ aéronef, la turbomachine comprenant un arbre rotatif et une machine électrique, le dispositif d’ accouplement étant configuré pour relier un arbre rotorique de la machine électrique à l’ arbre rotatif et ayant deux états de fonctionnement, un état couplé de manière à solidariser l’arbre rotorique et l’ arbre rotatif et un état découplé de manière à désolidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif, le procédé comprenant les étapes suivantes : détermination d’un état de commande du dispositif d’ accouplement ; détermination de la vitesse de rotation de la machine électrique ; détermination de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif ; une première comparaison de la vitesse de rotation de la machine électrique déterminée avec un profil d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique déterminé à partir de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement, la première comparaison étant mise en œuvre pour déterminer un écart de fonctionnement ; une deuxième comparaison de l ’ écart de fonctionnement avec un seuil de détection ; et selon le résultat de la deuxième étape de comparaison, une identification de l’ existence ou de l’ absence d’une défaillance du dispositif d’accouplement ; la deuxième étape de comparaison comprenant la détermination de la valeur du seuil de détection à partir d’ au moins un paramètre de pilotage, de l’ écart de fonctionnement et de la vitesse rotation de la machine électrique.
La détermination de la valeur du seuil de détection en fonction du paramètre de pilotage, de l’ écart de fonctionnement et de la vitesse de rotation de la machine électrique permet de tenir compte des conditions d’utilisation de la turbomachine afin d’améliorer la détection d’une défaillance du dispositif d’ accouplement.
Avantageusement, le paramètre de pilotage est choisi parmi la température extérieure, l’ altitude de l ’aéronef et un paramètre représentatif d’un type de panne de la machine électrique.
Optionnellement, la première étape de comparaison comprend une étape préalable de détermination d’un abaque de profils d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique en fonction de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement.
Avantageusement, la deuxième étape de comparaison comprend le calcul du gradient de l’ écart de fonctionnement et une étape de calcul du gradient du profil d’ évolution temporelle préalablement à la deuxième étape de comparaison, la valeur du seuil de détection étant déterminée à partir du paramètre de pilotage, du gradient de l’ écart de fonctionnement, et du gradient de la vitesse de rotation de la machine électrique déterminée.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de temporisation du résultat de la deuxième étape de comparaison.
Optionnellement, le procédé comprend préalablement à l’ étape de détermination de la vitesse de rotation de la machine électrique, une commande de la machine électrique en mode moteur lorsque la turbomachine est arrêtée.
Optionnellement, le procédé comprend un blocage en rotation de l’ arbre rotatif lorsque la machine électrique fonctionne en mode moteur. La présente invention a également pour objet un module de contrôle du fonctionnement d’un dispositif d’ accouplement pour turbomachine d’ aéronef, la turbomachine comprenant un arbre rotatif et une machine électrique, le dispositif d’ accouplement étant configuré pour relier un arbre rotorique de la machine électrique à l ’arbre rotatif et ayant deux états de fonctionnement, un état couplé de manière à solidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif et un état découplé de manière à désolidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif, le module comprenant : des premiers moyens de détermination configurés pour déterminer d’un état de commande du dispositif d’ accouplement ; des deuxièmes moyens de détermination configurés pour déterminer la vitesse de rotation de la machine électrique, des troisièmes moyens de détermination configurés pour déterminer la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif ; des premiers moyens de comparaison configurés pour comparer la vitesse de rotation de la machine électrique à un profil d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique déterminé à partir de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement, les premier moyens de comparaison étant configurés pour déterminer un écart de fonctionnement ; des deuxièmes moyens de comparaison configurés pour comparer l’ écart de fonctionnement avec un seuil de détection ; et des moyens de détermination d’une défaillance configurés pour identifier l’existence d’une défaillance ou d’une absence de défaillance du dispositif d’ accouplement selon le résultat délivré par les deuxièmes moyens de comparaison ; les deuxièmes moyens de comparaison étant en outre configurés pour déterminer la valeur du seuil de détection à partir d’ au moins un paramètre de pilotage, de l’ écart de fonctionnement et de la vitesse de rotation de la machine électrique.
La présente invention a également pour obj et une turbomachine pour aéronef comprenant un arbre rotatif, une machine électrique, et un dispositif d’ accouplement configuré pour relier un arbre rotorique de la machine électrique à l ’arbre rotatif et ayant deux états de fonctionnement, un état couplé de manière à solidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif et un état découplé de manière à désolidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif, la turbomachine comprenant un module de contrôle tel que défini précédemment.
La présente invention a enfin pour objet un aéronef comprenant une turbomachine telle que définie précédemment.
Brève description des dessins
D ’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1 ] illustre schématiquement un aéronef selon l’invention ;
[Fig 2] illustre schématiquement un module de contrôle selon l’invention ; et
[Fig 3] illustre schématiquement un procédé de contrôle du fonctionnement d’un dispositif d’ accouplement d’une turbomachine d’ aéronef selon l'invention.
Description détaillée
La figure 1 représente schématiquement un aéronef 2 comprenant une turbomachine 4, l’ aéronef 2 étant par exemple un avion, un hélicoptère ou un avion à décollages et atterrissages verticaux.
La turbomachine 4 comprend au moins un arbre rotatif, ici un arbre rotatif 6 sur lequel sont montés une soufflante 8, un compresseur 10, une chambre de combustion 12 et une turbine 14.
La turbomachine 4 comprend une machine électrique 16 et un dispositif d’accouplement 18 reliant l’ arbre rotorique de la machine électrique 16 à l’ arbre rotatif 6, par exemple par l’intermédiaire d’une boîte de vitesses ayant un rapport de transmission prédéterminé. Le dispositif d’ accouplement 18 peut toutefois relier directement l’arbre rotorique de la machine électrique 16 à l’ arbre rotatif 6.
La machine électrique 16 comprend par exemple une machine synchrone à aimants permanents associée à un convertisseur d’ électronique de puissance ou une machine à électro-aimants. La machine électrique 16 comprend un arbre rotorique (non représenté).
En variante, la machine électrique 16 est à rotor bobiné.
Le dispositif d’ accouplement 18 comprend deux états de fonctionnement, à savoir un état dit « couplé » dans lequel l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif 6 sont solidarisés et un état dit « découplé » dans lequel l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif 6 sont désolidarisés.
La turbomachine 4 comprend en outre un dispositif de commande 20 apte à commander le dispositif d’ accouplement 18 de manière à ce que le dispositif d’accouplement 18 soit dans un état couplé ou un état découplé.
La machine électrique 16 comprend un capteur de diagnostic 22. A titre d’exemple, le capteur de diagnostic 22 peut être un capteur de température apte à détecter une surchauffe de la machine électrique 16, un capteur de force apte à détecter une défaillance de paliers de la machine électrique 16, un capteur électrique apte à détecter un court- circuit de la machine électrique 16, un capteur de pression ou un capteur de niveau d’huile.
En variante, le capteur de diagnostic 22 peut être considéré comme un ensemble de capteurs différents choisis parmi le capteur de température, le capteur de force, le capteur de pression, le capteur de niveau d’huile et le capteur électrique par exemple.
Par ailleurs, la turbomachine 4 comprend un capteur de température 24 apte à mesurer la température extérieure à la turbomachine 4 et un capteur d’ altitude 26 apte à mesurer l’ altitude à laquelle se trouve la turbomachine 4.
Le dispositif d’accouplement 18 est piloté par un module de contrôle 28.
Ce module de contrôle 28 comprend, comme illustré à la figure 2, des premiers moyens de détermination 30 de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement 18 , des deuxièmes moyens de détermination 32 aptes à déterminer la vitesse de rotation de la machine électrique 16, des troisièmes moyens de détermination 34 aptes à déterminer la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6.
Les premiers moyens de détermination 30 sont par exemple reliés électroniquement au dispositif de commande 20.
Les deuxièmes moyens de détermination 32 comprennent par exemple un capteur de vitesse de rotation apte à mesurer la vitesse de rotation de l’ arbre rotorique de la machine électrique 16.
Les troisièmes moyens de détermination 34 comprennent par exemple un capteur de vitesse de rotation apte à mesurer la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6.
Le module de contrôle 28 comprend par ailleurs des premiers moyens de comparaison 36 configurés pour comparer la vitesse de rotation de la machine électrique 16 avec un profil d’évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique 16 déterminé à partir de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6 et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement 18. Les premiers moyens de comparaison 36 sont ainsi configurés pour déterminer un écart de fonctionnement.
Ces premiers moyens de comparaison 36 peuvent comprendre une architecture logicielle destinée à mettre en œuvre un algorithme de comparaison. De tels premiers moyens de comparaison 36 peuvent être sous la forme de circuits logiques formant un comparateur par exemple.
Des deuxièmes moyens de comparaison 38, par exemple sous forme d’un comparateur ou d’une architecture logicielle intégrant un deuxième algorithme de comparaison, assurent la comparaison entre l’ écart de fonctionnement et un seuil de détection.
Les deuxièmes moyens de comparaison 38 déterminent la valeur du seuil de détection à partir d’ au moins un paramètre de pilotage P, de l’ écart de fonctionnement et de la vitesse de rotation de la machine électrique 16.
Le module de contrôle 28 comprend des moyens de détermination d’une défaillance 40, par exemple des moyens logiciels, configurés pour identifier l’ existence ou l’ absence d’une défaillance du dispositif d’ accouplement 18 selon le résultat délivré par les deuxièmes moyens de comparaison 38. Ils sont connectés électroniquement à un voyant lumineux ou à un système d’ alarme, pouvant être sonore, de l’ aéronef 2 pour avertir un opérateur de la défaillance. Optionnellement, les moyens de détermination d’une défaillance 40 sont aptes à arrêter la turbomachine 4 en cas de détection d’une défaillance du changement d’ état du dispositif d’accouplement 18, la machine électrique 16 ne tournant plus lorsque la turbomachine 4 est arrêtée.
La figure 3 représente schématiquement un procédé de contrôle du fonctionnement du dispositif d’ accouplement 18.
On suppose que la chambre de combustion 12 génère des gaz chauds entraînant la turbine 14.
Durant une étape 42 de détermination de l’ état de commande du dispositif d’accouplement 18, les premiers moyens de détermination 30 et le dispositif de commande 20 déterminent un état de commande du dispositif d’ accouplement 18. L ’ état de commande du dispositif d’ accouplement 18 est délivré sous la forme d’une consigne de pilotage à l’ état couplé ou à l’ état découplé du dispositif d’accouplement 18.
Durant une étape 44 de détermination de la vitesse de rotation de la machine électrique 16, un capteur de vitesse de rotation des deuxièmes moyens de détermination 32 mesure la vitesse de rotation de l’ arbre rotorique de la machine électrique 16. La vitesse de rotation de la machine électrique 16 est par exemple enregistrée dans une mémoire des deuxièmes moyens de détermination 32.
Lors de l ’étape 46 suivante, on détermine la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6. Un capteur de vitesse de rotation des troisièmes moyens de détermination 34 mesure la vitesse de rotation de l’arbre rotatif 6. La vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6 mesurée est par exemple enregistrée dans une mémoire des troisièmes moyens de détermination 34.
Les étapes 42, 44 et 46 peuvent être effectuées simultanément ou successivement.
Les premiers moyens de comparaison 36 comparent alors la vitesse de rotation de la machine électrique 16 à un profil d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique 16 déterminé à partir de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6 et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement 18 pour déterminer un écart de fonctionnement (étape 48).
L ’ écart de fonctionnement est par exemple égal à la différence entre la vitesse de rotation de la machine électrique 16 et le profil d’ évolution temporelle. Cette différence peut être une différence instantanée ou une somme de la différence entre la vitesse de rotation de la machine électrique 16 déterminée et le profil d’ évolution temporelle pendant une durée prédéterminée.
Le profil d’ évolution temporelle comprend l’ évolution de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6 lorsque le dispositif d’ accouplement 18 est dans un état couplé ou l’ évolution de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif 6 lorsque le dispositif d’ accouplement 18 est dans un état découplé. Il est obtenu par exemple à partir d’un modèle du dispositif d’ accouplement 18 fonctionnant de manière fiable ou par exemple d’une fiche technique de la machine électrique 16.
Le profil d’ évolution temporelle est extrait d’un abaque de profils d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique 16.
L ’ abaque est déterminé préalablement à la première étape de comparaison en fonction de la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif 6 et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement 18.
L ’ abaque des profils d’ évolution temporelle permet de déterminer rapidement le profil d’ évolution temporelle utilisé lors de la première étape 48 de comparaison.
Lors de l’ étape 50 suivante, les deuxièmes moyens de comparaison 38 comparent l’ écart de fonctionnement à un seuil de détection.
Le seuil de détection est variable et est déterminé à partir d’un paramètre de pilotage P, de l’ écart de fonctionnement et de la vitesse de rotation de la machine électrique 16.
Le paramètre de pilotage P comprend par exemple la température extérieure à l’ aéronef 2 mesurée par le capteur de température 24, l’ altitude de l’ aéronef 2 mesurée par le capteur d’ altitude 26. La température extérieure de l’ aéronef 2 permet de déterminer la viscosité de l’huile de la machine électrique 16 et/ou la viscosité de l’huile de la turbomachine 4.
Lorsque la viscosité de l’huile de refroidissement de la machine électrique 16 est élevée, la machine électrique 16 présente une plus grande inertie. Lorsque la viscosité de l’huile de la turbomachine 4 est élevée et que le dispositif d’ accouplement 18 est dans un état couplé, la machine électrique 16 présente une plus grande inertie.
La prise en compte de l’ altitude de l’aéronef 2 permet d’ ajuster la durée de démarrage de la turbomachine 4.
Plus l’ altitude de l’ aéronef 2 est élevée, plus la durée de démarrage de la turbomachine 4 est grande, par exemple 60 secondes au niveau de la mer à 120 secondes à haute altitude.
Le paramètre de pilotage P peut comprendre un paramètre représentatif d’un type de panne de la machine électrique 16.
Par exemple, lorsqu’une surchauffe de la machine électrique 16 est détectée par le capteur de diagnostic 22, les deuxièmes moyens de comparaison 38 modifient la valeur du seuil pour tenir compte du changement de comportement de la machine électrique 16 par suite de la surchauffe. Lorsque le capteur de diagnostic 22 détecte un palier défectueux de la machine électrique 16, les deuxièmes moyens de comparaison 38 modifient la valeur du seuil pour tenir compte du changement de comportement de la machine électrique 16 à la suite de la défaillance du palier. Lorsque le capteur de diagnostic 22 détecte un court-circuit dans la machine électrique 16, les deuxièmes moyens de comparaison 38 modifient la valeur du seuil pour tenir compte du changement de comportement de la machine électrique 16. Lorsque le capteur de diagnostic 22 détecte une pression anormale ou un niveau d’huile anormal, les deuxièmes moyens de comparaison 38 modifient la valeur du seuil pour tenir compte du changement de comportement de la machine électrique 16.
Bien entendu, le paramètre P peut comprendre plusieurs grandeurs parmi la température extérieure de l’ aéronef 2, l ’altitude de l’ aéronef 2 et le paramètre représentatif d’un type de panne. En variante, le procédé comprend le calcul du gradient (V) de l’ écart de fonctionnement et une étape de calcul du gradient du profil d’ évolution temporelle préalablement à la deuxième étape de comparaison 50, la valeur du seuil de détection étant déterminée à partir du paramètre de pilotage P, du gradient de l’ écart de fonctionnement, et du gradient du profil d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique 16.
L ’utilisation des gradients permet une détection rapide de l’ écart de comportement.
Selon le résultat de l’ étape 50, une défaillance du dispositif d’ accouplement 18 peut être détectée (étape 52). Si par exemple l’ écart de fonctionnement est supérieur au seuil de détection variable, alors le dispositif d’ accouplement 18 est considéré comme défaillant. Si l’ écart de fonctionnement est inférieur au seuil de détection, alors le dispositif d’ accouplement 18 est considéré comme étant fonctionnel.
Durant une étape 54 de temporisation, le résultat délivré par les deuxièmes moyens de comparaison 38 est stocké dans une mémoire pendant une durée prédéterminée et les étapes 42, 44, 46, 48 et 50 sont réitérées, puis le résultat délivré par les deuxièmes moyens comparaison 38 est comparé au résultat stocké dans la mémoire. Si les deux résultats sont identiques et représentatifs d’une défaillance, les moyens de détermination d’une défaillance 40 signalent la défaillance. Dans le cas contraire, les moyens de détermination d’une défaillance 40 signalent l’ absence de défaillance.
Le procédé de contrôle est par exemple mis en œuvre à la suite d’un changement d’ état du dispositif d’ accouplement 18 pour découpler la machine électrique 16 à la suite d’une panne de la machine électrique 16, ou lors de la mise en œuvre d’un test de fonctionnement du dispositif d’ accouplement 18 ou pour s ’ assurer que le dispositif d’ accouplement 18 est toujours dans l’ état de fonctionnement commandé par le dispositif de commande 20.
On suppose désormais que la turbomachine 4 est à l’ arrêt, l’ aéronef 2 étant par exemple au sol.
Le procédé débute par une étape de commande 56 de la machine électrique 16 en mode moteur de sorte que la machine électrique 16 utilise une puissance électrique pour générer une puissance mécanique de rotation.
De préférence, le dispositif de commande 20 pilote la machine électrique 16 en mode moteur de sorte que la machine électrique 16 génère une puissance mécanique suffisante pour entraîner en rotation l’ arbre rotorique de la machine électrique 16, mais insuffisante pour entraîner en rotation l’ arbre rotatif 6.
On effectue ensuite les étapes 42, 44 et 46 décrites précédemment.
Durant la première étape de comparaison 48, la vitesse de rotation de l ’arbre rotatif 6 est nulle. Le profil d’ évolution temporelle comprend la vitesse de rotation de la machine électrique 16 découplée.
Le procédé se poursuit aux étapes 50, 52, 54 telles que décrites précédemment.
Lorsque le dispositif de commande 20 pilote la machine électrique 16 en mode moteur de sorte que la machine électrique 16 génère une puissance mécanique suffisante pour entraîner en rotation l’ arbre rotorique de la machine électrique 16 et pour entraîner en rotation l’ arbre rotatif 6, durant une étape de blocage 58 de la rotation de l’ arbre rotatif 6, un frein d’hélice est par exemple activé pour empêcher la rotation de l’ arbre rotatif 6.
Puis le procédé se poursuit à l’ étape 56.
L ’ étape de blocage 58 permet également d’ empêcher une mauvaise évaluation de l’ état de fonctionnement du dispositif d’ accouplement 18 lorsque l ’arbre rotatif 6 est entraîné en rotation par le vent « windmilling » en anglais.
L ’ ajustement de la valeur du seuil de détection selon le paramètre de pilotage P, l’écart de fonctionnement et la vitesse de rotation de la machine électrique 16 permet de tenir compte des conditions d’utilisation de la turbomachine 4 afin d’ améliorer la détection d’une défaillance du dispositif d’ accouplement 18.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle du fonctionnement d’un dispositif d’ accouplement ( 18) pour turbomachine (4) d’ aéronef (2), la turbomachine (4) comprenant un arbre rotatif (6) et une machine électrique ( 16), le dispositif d’ accouplement (18) étant configuré pour relier un arbre rotorique de la machine électrique ( 16) à l’ arbre rotatif (6) et ayant deux états de fonctionnement, un état couplé de manière à solidariser l’arbre rotorique et l’ arbre rotatif (6) et un état découplé de manière à désolidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif (6), le procédé comprenant les étapes de : détermination d’un état de commande du dispositif d’ accouplement ( 18) délivré sous la forme d’une consigne de pilotage à l’ état couplé ou à l’ état découplé du dispositif d’ accouplement ( 18) ; détermination de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16) ; détermination de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif (6) ; une première comparaison (48) de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16) déterminée avec un profil d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16) déterminé à partir de la vitesse de rotation de l’arbre rotatif (6) et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement ( 18), la première comparaison (48) étant mise en œuvre pour déterminer un écart de fonctionnement ;
- une deuxième comparaison (50) de l’ écart de fonctionnement avec un seuil de détection ; et selon le résultat de la deuxième étape de comparaison (50), une identification de l’ existence ou de l’ absence d’une défaillance (52) du dispositif d’accouplement ( 18) ; caractérisé en ce que la deuxième étape de comparaison (50) comprend la détermination de la valeur du seuil de détection à partir d’ au moins un paramètre de pilotage (P), de l’ écart de fonctionnement et de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le paramètre de pilotage (P) est choisi parmi la température extérieure, l’ altitude de l’ aéronef (2) et un paramètre représentatif d’un type de panne de la machine électrique (16).
3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la première étape de comparaison (48) comprend une étape préalable de détermination d’un abaque de profils d’ évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16) en fonction de la vitesse de rotation de l ’arbre rotatif (6) et de l’état de commande du dispositif d’ accouplement ( 18).
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 , dans lequel la deuxième étape de comparaison (50) comprend le calcul du gradient de l’ écart de fonctionnement et une étape de calcul du gradient du profil d’ évolution temporelle préalablement à la deuxième étape de comparaison (50), la valeur du seuil de détection étant déterminée à partir du paramètre de pilotage (P), du gradient de l ’écart de fonctionnement, et du gradient de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16) déterminée.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une étape de temporisation (54) du résultat de la deuxième étape de comparaison (50).
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 , comprenant préalablement à l’étape de détermination (44) de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16), une commande de la machine électrique ( 16) en mode moteur lorsque la turbomachine (4) est arrêtée.
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant un blocage en rotation de l’ arbre rotatif (6) lorsque la machine électrique ( 16) fonctionne en mode moteur.
8. Module de contrôle (28) du fonctionnement d’un dispositif d’ accouplement ( 18) pour turbomachine (4) d’ aéronef (2), la turbomachine (4) comprenant un arbre rotatif (6) et une machine électrique ( 16), le dispositif d’ accouplement (18) étant configuré pour relier un arbre rotorique de la machine électrique ( 16) à l’ arbre rotatif (6) et ayant deux états de fonctionnement, un état couplé de manière à solidariser l’arbre rotorique et l’ arbre rotatif (6) et un état découplé de manière à désolidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif (6), le module (28) comprenant : des premiers moyens de détermination (30) configurés pour déterminer d’un état de commande du dispositif d’ accouplement ( 18) délivré sous la forme d’une consigne de pilotage à l’ état couplé ou à l’ état découplé du dispositif d’accouplement ( 18) ; des deuxièmes moyens de détermination (32) configurés pour déterminer la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16), des troisièmes moyens de détermination (34) configurés pour déterminer la vitesse de rotation de l’ arbre rotatif (6) ; des premiers moyens de comparaison (36) configurés pour comparer la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16) avec un profil d’évolution temporelle de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16) déterminé à partir de la vitesse de rotation de l ’arbre rotatif (6) et de l’ état de commande du dispositif d’ accouplement ( 18), les premiers moyens de comparaison (36) étant configurés pour déterminer un écart de fonctionnement ; des deuxièmes moyens de comparaison (38) configurés pour comparer l’ écart de fonctionnement avec un seuil de détection ; et des moyens de détermination d’une défaillance (40) configurés pour identifier l’existence d’une défaillance ou d’une absence de défaillance du dispositif d’ accouplement (18) selon le résultat délivré par les deuxièmes moyens de comparaison (36) ; caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de comparaison (36) sont en outre configurés pour déterminer la valeur du seuil de détection à partir d’ au moins un paramètre de pilotage (P), de l’ écart de fonctionnement et de la vitesse de rotation de la machine électrique ( 16).
9. Turbomachine (4) pour aéronef (2) comprenant un arbre rotatif (6), une machine électrique ( 16), et un dispositif d’ accouplement ( 18) configuré pour relier un arbre rotorique de la machine électrique
( 16) à l’ arbre rotatif (6) et ayant deux états de fonctionnement, un état couplé de manière à solidariser l’ arbre rotorique et l’ arbre rotatif (6) et un état découplé de manière à désolidariser l’ arbre rotorique et l ’arbre rotatif (6), caractérisée en qu’ elle comprend un module de contrôle (28) selon la revendication 8.
10. Aéronef (2) caractérisé en ce qu’il comprend une turbomachine (4) selon la revendication 9.
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