WO2024252095A1 - Système de régulation de carburant - Google Patents

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WO2024252095A1
WO2024252095A1 PCT/FR2024/050721 FR2024050721W WO2024252095A1 WO 2024252095 A1 WO2024252095 A1 WO 2024252095A1 FR 2024050721 W FR2024050721 W FR 2024050721W WO 2024252095 A1 WO2024252095 A1 WO 2024252095A1
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heat exchanger
fuel
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engine
heat transfer
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PCT/FR2024/050721
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English (en)
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Huguette DE WERGIFOSSE
Morgan LONGE
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangement in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/08—Arrangement in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of power plant cooling systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D37/00—Arrangements in connection with fuel supply for power plant
    • B64D37/34—Conditioning fuel, e.g. heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213—Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit

Definitions

  • This presentation concerns the aeronautical field. More specifically, this presentation concerns the regulation of fuel within an aircraft engine.
  • the heat transfer fluid can be any fluid circulating in the engine to cool or lubricate certain parts of the engine, such as lubricating oil or a coolant, for example a coolant for an electrical machine.
  • the heat thus stored by the heat transfer fluid is discharged into the fuel sent to the combustion chamber, typically by means of a heat exchanger arranged within the fuel control system.
  • the ability of the fuel to cool the heat transfer fluid depends on the temperature and flow rate of the fuel circulating within the heat exchanger.
  • the Applicant is constantly working to reduce the climate impact of aircraft (minimizing greenhouse gas emissions, reducing the environmental footprint of aircraft operation), which involves improving the efficiency of electrical technologies in engines, particularly hybrid engines.
  • An aim of this disclosure is to improve the heat absorption capabilities of an aircraft engine fuel control system, so as to increase the ability of the fuel to cool the heat transfer fluid.
  • a fuel regulation system for an aircraft engine comprising:
  • a pump comprising an inlet port and a discharge port, the inlet port being adapted to be connected to a fuel source, the discharge port being adapted to be connected to a combustion chamber of the engine to supply fuel to the combustion chamber;
  • a heat exchanger comprising a primary circuit and a secondary circuit, the primary circuit of the heat exchanger having an inlet intended to be connected to the fuel source and an outlet connected to the inlet port of the pump, the secondary circuit of the heat exchanger being intended to be connected to a heat transfer fluid circuit of the engine, the heat exchanger being configured to provide heat transfer between fuel circulating in the primary circuit of the heat exchanger and heat transfer fluid circulating in the secondary circuit of the heat exchanger;
  • a recirculation circuit arranged to take fuel discharged through the discharge port of the pump and reinject the taken fuel into the primary circuit of the heat exchanger, the recirculation circuit comprising a regulating valve configured to modulate a flow rate of the fuel circulating within the recirculation circuit;
  • control device configured to control the regulating valve as a function of a temperature of the heat transfer fluid circulating in the secondary circuit of the heat exchanger and/or a fuel flow rate at the inlet of the primary circuit of the heat exchanger, so as to increase the heat transfer between the fuel circulating in the primary circuit of the heat exchanger and the heat transfer fluid circulating in the secondary circuit of the heat exchanger.
  • control device is configured to control the regulating valve as a function of a pressure difference across the regulating valve
  • the pump is of the volumetric type; - the pump has a variable displacement, the system further comprising a control member for the displacement of the pump;
  • system further comprises a device for controlling a pump drive speed
  • the regulating valve is further configured to increase the flow rate of fuel circulating within the recirculation circuit in the event of failure of the control member and/or the control device;
  • the system further comprises an additional heat exchanger comprising a primary circuit and a secondary circuit, the secondary circuit of the additional heat exchanger being designed to be connected to an additional circuit of another heat transfer fluid of the engine, the additional heat exchanger being configured to provide heat transfer between fuel circulating in the primary circuit of the additional heat exchanger and the other heat transfer fluid circulating in the secondary circuit of the additional heat exchanger;
  • the primary circuit of the additional heat exchanger has an inlet intended to be connected to the fuel source and an outlet connected to the pump inlet port;
  • the primary circuit of the additional heat exchanger has an inlet connected to the pump discharge port and an outlet intended to be connected to the engine combustion chamber.
  • an aircraft engine comprising:
  • the engine includes:
  • system further comprises an additional heat exchanger comprising a primary circuit and a secondary circuit, the secondary circuit of the additional heat exchanger being provided to be connected to an additional circuit of another heat transfer fluid of the engine, the additional heat exchanger being configured to provide a heat transfer between fuel circulating in the primary circuit of the additional heat exchanger and the other heat transfer fluid circulating in the secondary circuit of the additional heat exchanger; and
  • the heat transfer fluid is lubricating oil or a cooling fluid for an electrical machine
  • the other heat transfer fluid is lubricating oil or a cooling fluid for an electrical machine.
  • an aircraft comprising an airframe and an engine, wherein the engine is attached to the airframe.
  • a method of regulating fuel for an aircraft engine comprising:
  • the heat exchanger comprising the primary circuit and a secondary circuit, the primary circuit of the heat exchanger having an inlet connected to a fuel source of the system and an outlet connected to an inlet port of the pump, the secondary circuit of the heat exchanger being connected to a heat transfer fluid circuit of the engine, the heat exchanger being configured to provide heat transfer between fuel circulating in the primary circuit of the heat exchanger and heat transfer fluid circulating in the secondary circuit of the heat exchanger;
  • the method is implemented by the system as previously described.
  • Figure 1 illustrates an aircraft schematically.
  • Figure 2 illustrates a schematic cross-sectional view of an aircraft propulsion system.
  • Figure 3 schematically illustrates a fuel control system.
  • Figure 4 schematically illustrates part of a fuel control system.
  • Figure 5 schematically illustrates part of a fuel control system according to another alternative.
  • Figure 6 is a flow chart illustrating an aircraft engine fuel control process.
  • An aircraft 100 is a device configured to rise and move in the air, and may, for example, be an airplane, civil or military, or even a helicopter.
  • An aircraft 100 comprises a cell which, in the case of an airplane, is composed of a fuselage, a wing comprising two wings, empennages, flight control surfaces and landing gear.
  • a propulsion unit 1 comprises an engine 2 (or turbomachine) and a nacelle 3, and has a main direction extending along a longitudinal axis X-X.
  • the propulsion unit 1 is configured to be fixed to the airframe of the aircraft 100, for example under its wings, in the case of an airplane, and this by means of a pylon (or mast).
  • the propulsion unit 1 can also be mounted on the wing of the airplane or at the rear of its fuselage, or even be integrated into its fuselage.
  • Engine 2 may be a twin-spool, dual-flow, direct-drive ducted turbojet engine as described below, but may also have a different number of spools and/or flows, and/or be another type of turbojet engine, such as a geared turbojet engine or a turboprop, with or without afterburner, ducted or unducted.
  • upstream and downstream are used in reference to the overall direction of airflow through the propulsion unit 1 in operation.
  • an axial direction corresponds to the direction of the longitudinal axis XX and a radial direction is a direction perpendicular to the longitudinal axis XX and intersecting the longitudinal axis XX.
  • an axial plane is a plane containing the longitudinal axis XX and a radial plane is a plane perpendicular to the longitudinal axis XX.
  • a circumference is understood to be a circle belonging to a radial plane and whose center belongs to the longitudinal axis XX.
  • a tangential or circumferential direction is a direction tangent to a circumference: it is perpendicular to the longitudinal axis XX but does not pass through the longitudinal axis XX.
  • the engine 2 comprises, from upstream to downstream, a fan 20, a compressor section 22, comprising a low pressure compressor 220 and a high pressure compressor 222, a combustion chamber 24 and a turbine section 26, comprising a high pressure turbine 262 and a low pressure turbine 260.
  • the compressor section 22 comprises a succession of stages each comprising a wheel of moving blades (rotor) rotating in front of a wheel of fixed blades (stator).
  • the turbine section 26 also comprises a succession of stages each comprising a wheel of fixed blades (stator) behind which a wheel of moving blades (rotor) rotates.
  • the blower 20, the rotor part of the low-pressure compressor 220, and the rotor part of the low-pressure turbine 260 are connected to each other by a low-pressure shaft 280 extending along the longitudinal axis X-X, thus forming a low-pressure body 20, 220, 260, 280.
  • the rotor part of the high-pressure compressor 222 and the rotor part of the high-pressure turbine 262 are connected to each other by a high-pressure shaft 282 extending along the longitudinal axis X-X, thus forming a high-pressure body 222, 262, 282.
  • the low-pressure shaft 280 is generally housed, over a section of its length, in the high-pressure shaft 282 and is coaxial with the high-pressure shaft 282.
  • the compressor section 22, the combustion chamber 24 and the turbine section 26 are surrounded by a motor housing 23, to which the stator parts of the low pressure compressor 220, the high pressure compressor 222, the high pressure turbine 262 and the low pressure turbine 260 are connected, while the fan 20 is surrounded by a fan casing 25.
  • the engine casing 23 and the fan casing 25 are connected to each other by profiled arms 27 forming rectifiers (or OGV for "Outlet Guide Vanes" in English terminology) distributed circumferentially all around the longitudinal axis XX. At least some of these arms 27 can be provided structural.
  • the longitudinal axis XX defines the axis of rotation for the fan 20, the rotor parts of the compressor section 22 and the rotor parts of the turbine section 26, in other words for the low-pressure body 20, 220, 260, 280 and the high-pressure body 222, 262, 282, which are each capable of being driven in rotation about the longitudinal axis XX relative to the engine casing 23 and the fan casing 25.
  • the nacelle 3 extends radially outside the engine 2, all around the longitudinal axis X-X, so as to surround both the fan casing 25 and the engine casing 23, and to define, with a downstream portion of the engine casing 23, a downstream portion of a secondary flow path B, the upstream portion of the secondary flow path B being defined by the fan casing 25 and an upstream portion of the engine casing 23.
  • the upstream portion of the nacelle 3 further defines an air inlet 29 through which the fan 20 draws in the air flow circulating through the propulsion unit 1.
  • the nacelle 3 is integral with the fan casing 25 and attached and fixed to the aircraft 100 by means of the mast.
  • the engine 2 may also comprise at least one accessory box, called ⁇ GB (for “Accessory gear box” in English terminology), for example housed in a cavity provided within the nacelle 3.
  • the accessory box comprises a set of rotating elements, such as gears, making it possible to drive a plurality of shafts in rotation around their own axis, accessories being mounted on these shafts to derive useful mechanical power from their rotation.
  • the gear assembly is itself driven using a power take-off shaft (RDS for "Radial Drive Shaft” in English terminology) connecting, possibly via a transfer case, the accessory case to at least one of the high-pressure body 222, 262, 282 and the low-pressure body 20, 220, 260, 280, typically by being meshed with at least one of the high-pressure shaft 282 and the low-pressure shaft 280.
  • the power take-off shaft may extend inside a longitudinal cavity provided within one of the arms 27. In this way, mechanical power is likely to be taken from at least one of the high-pressure body 222, 262, 282 and the low-pressure body 20, 220, 260, 280 to be delivered to at least one of the accessories via the accessory box.
  • the combustion chamber 24 comprises a fuel injection rail and a plurality of ignition injectors. The injection rail and/or the ignition injectors constitute fuel-consuming members of the engine 2.
  • the engine 2 further comprises a certain number of components (or equipment) configured to be actuated by means of fuel. More precisely, these components are hydraulically actuated and it is intended to use pressurized fuel to ensure their operation. These components are usually referred to as “variable geometry equipment (or accessories)” or, more simply, “variable geometries”. Examples of variable geometries are: variable-pitch blades (e.g., stator blades of the high-pressure compressor 222), discharge valves of the primary stream A or of the secondary stream B. These variable geometries therefore need the hydraulic energy linked to the fuel pressure to operate. However, unlike an injector (ignition or injection rail) of the combustion chamber, the variable geometries do not consume fuel, because they do not degrade it by combustion.
  • a controller may also be provided to provide the interface between the engine 2 and the aircraft 100, but also to control the engine 2.
  • the controller may provide the functions of: regulating the circulation of the various fluids required for the operation of the engine 2, starting the engine 2, transmitting various parameters measured from the engine 2 to the cockpit of the aircraft 100, managing thrust or reverse thrust, etc.
  • Such a controller may implement digital-type regulation and include a computer, a memory and various data exchange channels that interact with each other.
  • the controller may be of the FADEC type (for “Full Authority Digital Engine Control” in English terminology).
  • the fan 20 draws in an air flow, a portion of which, circulating within a primary vein A passing through the engine casing 23 from one side to the other, is successively compressed within the compressor section 22, ignited within the combustion chamber 24 by combustion of fuel, and expanded within the turbine section 26 before being ejected out of the engine 2.
  • Another portion of the air flow circulates within the secondary vein B which takes an elongated annular shape surrounding the engine casing 23, the air drawn in by the fan 20 being straightened by the straighteners 27 and then ejected out of the propulsion unit 1.
  • the propulsion unit 1 generates thrust. This thrust can, for example, be used for the benefit of the aircraft 100 on which the propulsion unit 1 is attached and fixed.
  • the engine 2 comprises a fuel regulation system 4.
  • the fuel control system 4 comprises a fuel source 40, such as a tank for storing fuel or a fuel supply circuit, provided to supply the fuel for combustion within the combustion chamber 24 and, optionally, for actuation of the variable geometries. Furthermore, a supply conduit 400 is connected to the fuel source 40.
  • a fuel source 40 such as a tank for storing fuel or a fuel supply circuit
  • the fuel control system 4 comprises a main circuit 41 connected to the fuel source 40 via the supply pipe 400, a recirculation circuit 42, connected to the main circuit 41, and a control device 43.
  • a centrifugal booster pump 4000 is interposed between the fuel source 40 and the main circuit 41, on the supply pipe 400, to pressurize the main circuit 41.
  • the main circuit 41 comprises an additional pump 411 designed to ensure, at least in part, or even in full, the supply of fuel to the combustion chamber 24, and/or the variable geometries, at the pressure and/or flow rate required by their operation.
  • the pump 411 comprises an inlet port 4111 and a discharge port 4112.
  • the pump 411 is arranged such that its inlet port 4111 is connected to the supply conduit 400 for admitting fuel from the fuel source 40, possibly previously pressurized by the centrifugal booster pump 4000.
  • the inlet port 4111 of the pump 411 is connected to the supply conduit 400 by a main conduit 410.
  • the pump 411 also comprises a stator part and a rotor part, the rotor part being intended to be driven relative to the stator part at a certain drive speed.
  • the drive of the pump 411 can be implemented by mechanical tapping on one of the low pressure body 20, 220, 260, 280 and the high pressure body 222, 262, 282, possibly via the accessory box. In this case, the drive speed of the pump 411 is directly linked to the speed of the engine 2.
  • a mechanical differential may be interposed between the accessory housing and the pump 411, to decouple the drive speed of the pump 411. of the engine speed 2.
  • an external motor/generator electric or not, is also connected to the differential, to allow modulation of the drive speed of pump 411.
  • the drive of the pump 411 is not implemented by mechanical tapping on one of the low pressure body 20, 220, 260, 280 and the high pressure body 222, 262, 282, but is implemented by means of an electric drive motor, the speed of which can be controlled.
  • the decoupling of the drive speed of the pump 411 from the speed of the engine 2 makes it possible to modulate the fuel flow delivered by the pump 411 independently of the speed of the engine 2.
  • the fuel regulation system 4 may comprise a device 4114 for controlling the drive speed of the pump 411, which controls the differential or the electric drive motor, if applicable.
  • the pump 411 is preferably a volumetric type pump.
  • the pump 411 may also have a variable displacement.
  • the fuel regulation system 4 may comprise a control member 4113 which makes it possible to adjust the displacement of the pump 411 and, thus, to modulate the flow rate of fuel delivered by the pump 411 independently of the drive speed of the pump 411.
  • the main circuit 41 further comprises a discharge conduit 412 connected to the discharge port 4112 of the pump 411 and to a fuel consuming member, such as an injector of the combustion chamber 24, so that the latter receives fuel from the pump 411.
  • a fuel consuming member such as an injector of the combustion chamber 24
  • the main circuit 41 comprises a regulator 417 positioned on the delivery pipe 412.
  • the regulator 417 operates according to the same principle as a hydromechanical group and comprises a flow meter.
  • the regulator 417 is advantageously connected to the control device 4114 and/or to the control member 4113 to control the flow rate of fuel delivered by the pump 411 according to the strict requirement of the combustion chamber 24.
  • the main circuit 41 further comprises a filter 415 positioned on the main conduit 410, between the fuel source 40 and the intake port 4110 of the pump 411.
  • Filter 415 is used to treat the fuel circulating within the fuel regulation system 4 in order to optimize its operation.
  • the main circuit 41 further comprises a heat exchanger 413 positioned on the main conduit 410, between the fuel source 40 and the intake port 4110 of the pump 411.
  • the heat exchanger 413 makes it possible to cool a heat transfer fluid using the fuel.
  • the fuel control system 4 is then considered as a cold source capable of absorbing calories from the heat transfer fluid.
  • the heat exchanger 413 comprises a primary circuit 4131 and a secondary circuit 4132.
  • the primary circuit 4131 of the heat exchanger 413 has an inlet 4133 connected to the fuel source 40 and an outlet 4134 connected to the intake port 4110 of the pump 411, via the main conduit 410.
  • the secondary circuit 4132 of the heat exchanger 413 is connected to a heat transfer fluid circuit 210 of the engine 2.
  • the heat transfer fluid can be any fluid circulating in the engine 2 to cool or lubricate certain parts of the engine 2, such as lubricating oil or a cooling fluid, such as for example a cooling fluid for an electric machine.
  • the heat exchanger 413 thus ensures a heat transfer between fuel circulating in the primary circuit 4131 of the heat exchanger 413 and the heat transfer fluid circulating in the secondary circuit 4132 of the heat exchanger 413.
  • such a fuel regulation system 4 makes it possible, among other things, to cool the heat transfer fluid more efficiently. Indeed, by positioning the heat exchanger 413 upstream of the pump 411, the fuel circulating within the primary circuit 4131 is less hot. The heat transfer between the fuel and the heat transfer fluid is therefore improved.
  • the main circuit 41 comprises an additional heat exchanger 414.
  • the additional heat exchanger 414 has the same function of cooling a heat transfer fluid by the fuel as the heat exchanger 413.
  • the additional heat exchanger 414 comprises a primary circuit 4141 and a secondary circuit 4142.
  • the primary circuit 4141 of the additional heat exchanger 414 has an inlet 4143 and an outlet 4144.
  • the additional heat exchanger 414 is positioned upstream of the pump 411, in the direction of circulation of the fuel within the system. fuel regulation 4 when pump 411 is operating.
  • the additional heat exchanger 414 is positioned on the main conduit 410, between the fuel source 40 and the inlet port 4110 of the pump 411.
  • the additional heat exchanger 414 can then be arranged in parallel or in series with the heat exchanger 413, upstream or downstream of the heat exchanger 413.
  • the inlet 4143 of the primary circuit 4141 of the additional heat exchanger 414 is connected either to the fuel source 40 or to the outlet 4134 of the primary circuit 4131 of the heat exchanger 413.
  • the outlet 4144 of the primary circuit 4141 of the additional heat exchanger 414 is connected either to the inlet 4133 of the primary circuit 4131 of the heat exchanger 413 or to the inlet port 4111 of the pump 411. 411.
  • the additional heat exchanger 414 is positioned downstream of the pump 411, in the direction of circulation of the fuel within the fuel regulation system 4 when the pump 411 is in operation, being arranged on the delivery pipe 412.
  • the inlet 4143 of the primary circuit 4141 of the additional heat exchanger 414 is connected to the delivery port 4112 of the pump 411, and the outlet 4144 of the primary circuit 4141 of the additional heat exchanger 414 is connected to a fuel-consuming member, such as the combustion chamber 24 and/or a variable geometry.
  • the secondary circuit 4142 of the additional heat exchanger 414 is connected to a heat transfer fluid circuit 220 which is separate from the heat transfer fluid circuit to which the secondary circuit 4132 of the heat exchanger 413 is connected.
  • the main circuit 41 may comprise several additional heat exchangers 414 positioned on the main conduit 410, between the fuel source 40 and the intake port 4110 of the pump 411 and/or on the discharge conduit 412, between the discharge port 4112 of the pump 411 and a fuel consuming member.
  • the secondary circuit 4132 of the heat exchanger 413 is connected to a lubricating oil circuit and the secondary circuit 4142 of the additional heat exchanger 414 is connected to a cooling fluid circuit for an electric machine.
  • the secondary circuit 4132 of the heat exchanger 413 is connected to a cooling fluid circuit for an electric machine and the secondary circuit 4142 of the additional heat exchanger 414 is connected to a lubricating oil circuit.
  • the filter 415 can be positioned on the main duct 410 upstream of the heat exchanger 413 and the additional heat exchanger 414.
  • the main circuit 41 further comprises a restriction 416 arranged at the delivery duct 412 and configured to control the fuel flow delivered by the pump 411. More specifically, the restriction 416 is configured to generate line losses (or pressure losses), of a thermal nature, within the delivery duct 412, which makes it possible to adjust the fuel flow within the duct connecting the delivery duct 412 to the injectors of the combustion chamber 24.
  • the restriction 416 may be a variable section valve controlled by a servovalve.
  • the fuel control system 4 further comprises a recirculation circuit 42.
  • the recirculation circuit 42 comprises a secondary conduit 421 and a regulating valve 422.
  • the recirculation circuit 42 is arranged to take from the delivery conduit 412, by means of the secondary conduit 421, fuel delivered by the delivery port 4112 of the pump 411 and reinject this taken fuel into the primary circuit 4131 of the heat exchanger 413 and/or into the primary circuit 4141 of the additional heat exchanger 414.
  • the regulating valve 422 (or “bypass valve” according to English terminology) is mounted on the secondary conduit 421 of the recirculation circuit 42.
  • the regulating valve 422 is configured to regulate the flow rate of the fuel circulating via the secondary conduit 421 into the primary circuit 4131 of the heat exchanger 413 and/or into the primary circuit 4141 of the additional heat exchanger 414.
  • the regulating valve 422 is controlled by the control device 43.
  • the regulating valve 422 is further configured to regulate the flow rate of fuel discharged through the discharge port 4112 of the pump 411 in the event of failure of the control member 4113 and/or the control device 4114.
  • the recirculation circuit 42 then functions as an overflow of the discharge conduit 412 in order to prevent too high a fuel flow rate from supplying the combustion chamber 24.
  • the regulating valve 422 therefore preferably has a dual function. On the one hand, it allows modulation of the fuel flow circulating within the primary circuit 4131, 4141, the heat exchanger 413, and/or the additional heat exchanger 414. On the other hand, it preferably allows regulation of the fuel flow circulating within the primary circuit 4131, 4141, the heat exchanger 413, and/or the additional heat exchanger 414. within the discharge conduit 412 and sent to the combustion chamber 24, in the event of failure of the control member 4113 and/or the control device 4114.
  • the recirculation circuit 42 makes it possible to increase the flow rate of fuel circulating within the primary circuit 4131, 4141, the heat exchanger 413, and/or the additional heat exchanger 414. Such an increase therefore improves the heat transfer between the fuel and the heat transfer fluid.
  • the control device 43 is configured to control the regulating valve 422 as a function of a temperature of the heat transfer fluid circulating in the secondary circuit 4132, 4142, of the heat exchanger 413 and/or of the additional heat exchanger 414, of a fuel flow rate at the inlet 4133, 4143, of the primary circuit 4131, 4141, of the heat exchanger 413 and/or of the additional heat exchanger 414, and/or of a pressure difference at the terminals of the regulating valve 422.
  • control device 43 can also be configured to control the regulating valve 422 as a function of the fuel flow circulating within the delivery conduit 412 and sent to the combustion chamber 24, in the event of failure of the control member 4113 and/or the control device 4114.
  • the presence of the regulating valve 422 in the recirculation circuit 42 makes it possible to modulate the flow rate of fuel circulating within the primary circuit 4131, 4141, the heat exchanger 413, and/or the additional heat exchanger 414 according to the thermal cooling requirements of the heat transfer fluid and no longer only according to the fuel supply requirements of the combustion chamber 24. Furthermore, controlling the regulating valve 422 according to the flow rate of fuel circulating within the delivery pipe 412 makes it possible to overcome a failure of the control member and/or the control device 4114 and thus avoid excessive fuel transmission to the combustion chamber 24.
  • a fuel regulation method can be implemented, in particular using a fuel regulation system 4.
  • the method first implements a sampling E1 of a portion of the fuel, discharged through the discharge port 4112 of the pump 411, thanks to the recirculation circuit 42.
  • the recirculation circuit 42 carries out, by means of the secondary conduit 421, an injection E2 within the primary circuit 4131, 4141, the heat exchanger 413 and/or the additional heat exchanger 414 of the fuel previously taken.
  • the regulating valve 422 implements a modulation E3 of the flow rate of fuel injected into the primary circuit 4131, 4141 of the heat exchanger 413 and/or the additional heat exchanger 414, so as to increase the heat transfer between, on the one hand, the fuel circulating in the primary circuit 4131, 4141 of the heat exchanger 413 and/or the additional heat exchanger 414 and, on the other hand, the heat transfer fluid circulating in the secondary circuit 4132, 4142 of the heat exchanger 413 and/or the additional heat exchanger 414.
  • the regulating valve 422 can implement a regulation step E4 of the fuel flow circulating within the delivery conduit 414 and sent to the combustion chamber 24, in particular in the event of failure of the control member 4113 and/or the control device 4114.

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Abstract

Le présent exposé concerne un système de régulation de carburant (4) pour moteur (2) d'aéronef, le système (4) comprenant : - une pompe (411); - un échangeur thermique (413); - un circuit de recirculation (42); et - un dispositif de pilotage (43).

Description

Système de régulation de carburant
DOMAINE TECHNIQUE
Le présent exposé concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, le présent exposé concerne la régulation de carburant au sein d’un moteur d’aéronef.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Certains composants d’un moteur d’aéronef sont refroidis au moyen d’un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur peut être n’importe quel fluide circulant dans le moteur pour refroidir ou lubrifier certaines parties du moteur, tel que de l’huile de lubrification ou un fluide de refroidissement, par exemple un fluide de refroidissement pour machine électrique. La chaleur ainsi emmagasinée par le fluide caloporteur est déchargée dans le carburant envoyé à la chambre de combustion, typiquement grâce à un échangeur thermique agencé au sein du système de régulation de carburant.
La capacité du carburant à refroidir le fluide caloporteur dépend de la température et du débit du carburant circulant au sein de l’échangeur thermique.
Il est donc nécessaire de réduire la température du carburant circulant au sein de l’échangeur thermique, tout en augmentant son débit, et ce, quel que soit le régime du moteur, pour refroidir efficacement les composants du moteur. Plus particulièrement, il est nécessaire de réduire la température du carburant quand le moteur fonctionne à un régime pour lequel le débit carburant est trop faible ce qui limite l’échange thermique, par exemple, en cas de ralenti en vol.
Par ailleurs, la Déposante travaille en permanence à la réduction de l’impact climatique des aéronefs (minimisation des émissions de gaz à effet de serre, réduction de l'empreinte environnementale du fonctionnement des aéronefs), ce qui passe par l’amélioration de l’efficacité des technologies électriques au sein des moteurs notamment hybrides.
Il est important d’assurer l’efficacité thermique et énergétique des circuits de refroidissement au sein des moteurs à architecture hybride. La nécessité d’optimiser les échanges thermiques au niveau des fluides caloporteurs se présente ainsi particulièrement pour des moteurs d’aéronef comprenant au moins une machine d’assistance électrique, typiquement des turboréacteurs hybridés électriquement, car le refroidissement de la machine d’assistance électrique échauffe davantage le fluide caloporteur qui emmagasine davantage de chaleur. EXPOSE GENERAL
Un but du présent exposé est d’améliorer les capacités d’absorption thermique d’un système de régulation de carburant d’un moteur d’aéronef, de sorte à augmenter la capacité du carburant à refroidir le fluide caloporteur.
Il est à cet effet proposé, selon un aspect du présent exposé, un système de régulation de carburant pour moteur d’aéronef, le système comprenant :
- une pompe comprenant un port d’admission et un port de refoulement, le port d’admission étant prévu pour être relié à une source de carburant, le port de refoulement étant prévu pour être relié à une chambre de combustion du moteur pour alimenter la chambre de combustion en carburant ;
- un échangeur thermique comprenant un circuit primaire et un circuit secondaire, le circuit primaire de l’échangeur thermique présentant une entrée prévue pour être reliée à la source de carburant et une sortie reliée au port d’admission de la pompe, le circuit secondaire de l’échangeur thermique étant prévu pour être relié à un circuit de fluide caloporteur du moteur, l’échangeur thermique étant configuré pour assurer un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire de l’échangeur thermique et du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire de l’échangeur thermique ;
- un circuit de recirculation agencé pour prélever du carburant refoulé par le port de refoulement de la pompe et réinjecter le carburant prélevé au sein du circuit primaire de l’échangeur thermique, le circuit de recirculation comprenant une soupape régulatrice configurée pour moduler un débit du carburant circulant au sein du circuit de recirculation ; et
- un dispositif de pilotage configuré pour piloter la soupape régulatrice en fonction d’une température du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire de l’échangeur thermique et/ou d’un débit de carburant au niveau de l’entrée du circuit primaire de l’échangeur thermique, de sorte à augmenter le transfert thermique entre le carburant circulant dans le circuit primaire de l’échangeur thermique et le fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire de l’échangeur thermique.
Avantageusement, mais facultativement :
- le dispositif de pilotage est configuré pour piloter la soupape régulatrice en fonction d’une différence de pression aux bornes de la soupape régulatrice ;
- la pompe est de type volumétrique ; - la pompe présente une cylindrée variable, le système comprenant en outre un organe de commande de la cylindrée de la pompe ;
- le système comprend en outre un dispositif de contrôle d’un régime d’entraînement de la pompe ;
- la soupape régulatrice est en outre configurée pour augmenter le débit du carburant circulant au sein du circuit de recirculation en cas de défaillance de l’organe de commande et/ou du dispositif de contrôle ;
- le système comprend en outre un échangeur thermique supplémentaire comprenant un circuit primaire et un circuit secondaire, le circuit secondaire de l’échangeur thermique supplémentaire étant prévu pour être relié à un circuit supplémentaire d’un autre fluide caloporteur du moteur, l’échangeur thermique supplémentaire étant configuré pour assurer un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire de l’échangeur thermique supplémentaire et de l’autre fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire de l’échangeur thermique supplémentaire ;
- le circuit primaire de l’échangeur thermique supplémentaire présente une entrée prévue pour être reliée à la source de carburant et une sortie reliée au port d’admission de la pompe ;
- le circuit primaire de l’échangeur thermique supplémentaire présente une entrée reliée au port de refoulement de la pompe et une sortie prévue pour être reliée à la chambre de combustion du moteur.
Selon un autre aspect du présent exposé, il est proposé un moteur d’aéronef comprenant :
- un système tel que précédemment décrit ;
- un circuit de fluide caloporteur relié au circuit secondaire de l’échangeur thermique du système.
Avantageusement, mais facultativement :
- le moteur comprend :
- le système tel que précédemment décrit dans lequel le le système comprend en outre un échangeur thermique supplémentaire comprenant un circuit primaire et un circuit secondaire, le circuit secondaire de l’échangeur thermique supplémentaire étant prévu pour être relié à un circuit supplémentaire d’un autre fluide caloporteur du moteur, l’échangeur thermique supplémentaire étant configuré pour assurer un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire de l’échangeur thermique supplémentaire et de l’autre fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire de l’échangeur thermique supplémentaire ; et
- un circuit supplémentaire d’un autre fluide caloporteur relié au circuit secondaire de l’échangeur thermique supplémentaire du système ;
- le fluide caloporteur est de l’huile de lubrification ou un fluide de refroidissement pour machine électrique ;
- l’autre fluide caloporteur est de l’huile de lubrification ou un fluide de refroidissement pour machine électrique.
Selon un autre aspect du présent exposé, il est proposé un aéronef comprenant une cellule et un moteur, dans lequel le moteur est fixé à la cellule.
Selon un autre aspect du présent exposé, il est proposé un procédé de régulation de carburant pour moteur d’aéronef, le procédé comprenant :
- un prélèvement d’une partie de carburant refoulé par un port de refoulement d’une pompe d’un système de régulation de carburant du moteur, le port de refoulement étant relié à une chambre de combustion du moteur pour l’alimenter en carburant ;
- une injection du carburant prélevé au sein d’un circuit primaire d’un échangeur thermique du système, l’échangeur thermique comprenant le circuit primaire et un circuit secondaire, le circuit primaire de l’échangeur thermique présentant une entrée reliée à une source de carburant du système et une sortie reliée à un port d’admission de la pompe, le circuit secondaire de l’échangeur thermique étant relié à un circuit de fluide caloporteur du moteur, l’échangeur thermique étant configuré pour assurer un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire de l’échangeur thermique et du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire de l’échangeur thermique ; et
- une modulation du débit de carburant injecté au sein du circuit primaire de l’échangeur thermique de sorte à augmenter le transfert thermique entre le carburant circulant dans le circuit primaire de l’échangeur thermique et le fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire de l’échangeur thermique.
Avantageusement, mais facultativement, le procédé est mis en oeuvre par le système tel que précédemment décrit.
DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La Figure 1 illustre un aéronef de façon schématique.
La Figure 2 illustre une vue en coupe schématique d’un ensemble propulsif pour aéronef.
La Figure 3 illustre schématiquement un système de régulation de carburant.
La Figure 4 illustre schématiquement une partie d’un système de régulation de carburant.
La Figure 5 illustre schématiquement une partie d’un système de régulation de carburant selon une autre alternative.
La Figure 6 est un organigramme illustrant un procédé de régulation de carburant pour moteur d’aéronef.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
Aéronef
Un aéronef 100 est un appareil configuré pour s’élever et se déplacer dans l’air, et peut, par exemple, être un avion, civil ou militaire, voire un hélicoptère. Un aéronef 100 comprend une cellule qui, dans le cas d’un avion, est composée d’un fuselage, d’une voilure comprenant deux ailes, d’empennages, de gouvernes de vol et d’un train d’atterrissage.
Ensemble propulsif
Un ensemble propulsif 1 comprend un moteur 2 (ou turbomachine) et une nacelle 3, et présente une direction principale s’étendant selon un axe longitudinal X-X. L’ensemble propulsif 1 est configuré pour être fixé sur la cellule de l’aéronef 100, par exemple sous ses ailes, dans le cas d’un avion, et ce par l’intermédiaire d’un pylône (ou mât). L’ensemble propulsif 1 peut également être monté sur l’aile de l’avion ou encore à l’arrière de son fuselage, voire être intégré à son fuselage.
Le moteur 2 peut être un turboréacteur caréné à double corps, double flux et entraînement direct, tel que décrit ci-après, mais peut également comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à réducteur ou un turbopropulseur, avec ou sans postcombustion, caréné ou non-caréné. Sauf précision contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction globale d’écoulement d’air à travers l’ensemble propulsif 1 en fonctionnement. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinal X-X et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X et coupant l’axe longitudinal X-X. Par ailleurs, un plan axial est un plan contenant l'axe longitudinal X-X et un plan radial est un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe longitudinal X-X. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence : elle est perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X mais ne passe pas par l’axe longitudinal X-X. Enfin, les adjectifs « intérieur » (ou « interne ») et « extérieur » (ou « externe ») sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe longitudinal X-X que la partie extérieure du même élément.
Le moteur 2 comprend, de l’amont vers l’aval, une soufflante 20, une section de compresseur 22, comprenant un compresseur basse pression 220 et un compresseur haute pression 222, une chambre de combustion 24 et une section de turbine 26, comprenant une turbine haute pression 262 et une turbine basse pression 260.
La section de compresseur 22 comprend une succession d'étages comprenant chacun une roue d'aubes mobiles (rotor) tournant devant une roue d'aubes fixes (stator). La section de turbine 26 comprend également une succession d'étages comprenant chacun une roue d'aubes fixes (stator) derrière laquelle tourne une roue d'aubes mobiles (rotor).
La soufflante 20, la partie rotorique du compresseur basse pression 220, et la partie rotorique de la turbine basse pression 260 sont reliées entre elles par un arbre basse pression 280 s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, formant ainsi un corps basse pression 20, 220, 260, 280. La partie rotorique du compresseur haute pression 222 et la partie rotorique de la turbine haute pression 262 sont reliées entre elles par un arbre haute pression 282 s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, formant ainsi un corps haute pression 222, 262, 282. L’arbre basse pression 280 est généralement logé, sur un tronçon de sa longueur, dans l’arbre haute pression 282 et est coaxial à l’arbre haute pression 282.
La section de compresseur 22, la chambre de combustion 24 et la section de turbine 26 sont entourées par un carter moteur 23, auquel sont reliées les parties statoriques du compresseur basse pression 220, du compresseur haute pression 222, de la turbine haute pression 262 et de la turbine basse pression 260, tandis que la soufflante 20 est entourée par un carter de soufflante 25. Le carter moteur 23 et le carter de soufflante 25 sont reliés entre eux par des bras 27 profilés formant des redresseurs (ou OGV pour « Outlet Guide Vanes » dans la terminologie anglo-saxonne) répartis de manière circonférentielle tout autour de l’axe longitudinal X-X. Àu moins certains de ces bras 27 peuvent être prévus structuraux. L’axe longitudinal X-X définit l’axe de rotation pour la soufflante 20, les parties rotoriques de la section de compresseur 22 et les parties rotoriques de la section de turbine 26, autrement dit pour le corps basse pression 20, 220, 260, 280 et le corps haute pression 222, 262, 282, lesquels sont chacun susceptibles d’être entraînés en rotation autour de l’axe longitudinal X-X par rapport au carter moteur 23 et au carter de soufflante 25.
La nacelle 3 s’étend radialement à l’extérieur du moteur 2, tout autour de l’axe longitudinal X-X, de sorte à entourer à la fois le carter de soufflante 25 et le carter moteur 23, et à définir, avec une partie aval du carter moteur 23, une partie aval d’une veine secondaire B, la partie amont de la veine secondaire B étant définie par le carter de soufflante 25 et une partie amont du carter moteur 23. La partie amont de la nacelle 3 définit en outre une entrée d’air 29 par laquelle la soufflante 20 aspire le flux d’air circulant à travers l’ensemble propulsif 1. La nacelle 3 est solidaire du carter de soufflante 25 et rapportée et fixée à l’aéronef 100 au moyen du mât.
Le moteur 2 peut également comprendre au moins un boîtier d’accessoires, appelé ÀGB (pour « Accessory gear box » dans la terminologie anglo-saxonne), par exemple logé dans une cavité ménagée au sein de la nacelle 3. Le boîtier d’accessoires comprend un ensemble d’éléments rotatifs, tels que des engrenages, permettant d’entraîner en rotation une pluralité d’arbres autour de leur propre axe, des accessoires étant montés sur ces arbres pour tirer de leur rotation une puissance mécanique utile. L’ensemble d’engrenages est lui- même entraîné à l’aide d’un arbre de prise de mouvement (ou RDS pour « Radial Drive Shaft » dans la terminologie anglo-saxonne) reliant, éventuellement par l’intermédiaire d’un boîtier de transfert, le boîtier d’accessoires à l’un au moins parmi le corps haute pression 222, 262, 282 et le corps basse pression 20, 220, 260, 280, typiquement en étant engrené avec l’un au moins parmi l’arbre haute pression 282 et l’arbre basse pression 280. À cet égard, l’arbre de prise de mouvement peut s’étendre à l’intérieur d’une cavité longitudinale ménagée au sein de l’un des bras 27. De cette manière, une puissance mécanique est susceptible d’être prélevée sur l’un au moins parmi le corps haute pression 222, 262, 282 et le corps basse pression 20, 220, 260, 280 pour être délivrée à l’au moins des accessoires par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires. La chambre de combustion 24 comprend une rampe d’injection de carburant et une pluralité d’injecteurs d’allumage. La rampe d’injection et/ou les injecteurs d’allumage constituent des organes consommateurs de carburant du moteur 2.
Le moteur 2 comprend en outre un certain nombre d’organes (ou équipements) configurés pour être actionnés au moyen de carburant. Plus précisément, ces organes sont à actionnement hydraulique et il est prévu d’utiliser du carburant sous pression pour assurer leur fonctionnement. Ces organes sont habituellement désignés sous l’appellation « équipements (ou accessoires) à géométries variables » ou, plus simplement, « géométries variables ». Des exemples de géométries variables sont : des aubes à calage variables (e.g., aubes de stator du compresseur haute pression 222), vannes de décharge de la veine primaire A ou de la veine secondaire B. Ces géométries variables ont donc besoin de l’énergie hydraulique liée à la pression de carburant pour fonctionner. Néanmoins, contrairement à un injecteur (d’allumage ou de rampe d’injection) de la chambre de combustion, les géométries variables ne consomment pas de carburant, car elles ne le dégradent pas par combustion.
Un contrôleur peut également être prévu pour réaliser l’interface entre le moteur 2 et l’aéronef 100, mais aussi assurer la commande du moteur 2. Typiquement, le contrôleur peut assurer les fonctions de : régulation de circulation des divers fluides nécessaires au fonctionnement du moteur 2, démarrage du moteur 2, transmission de différents paramètres mesurés du moteur 2 au cockpit de l’aéronef 100, gestion de poussée ou de poussée inverse, etc. Un tel contrôleur peut mettre en oeuvre une régulation de type numérique et comprendre un calculateur, une mémoire et différentes voies d'échanges de données qui interagissent entre eux. Typiquement, le contrôleur peut être du type FADEC (pour « Full Authority Digital Engine Control » dans la terminologie anglo-saxonne).
En fonctionnement, la soufflante 20 aspire un flux d’air dont une portion, circulant au sein d’une veine primaire A traversant le carter moteur 23 de part en part, est, successivement, comprimée au sein de la section de compresseur 22, enflammée au sein de la chambre de combustion 24 par combustion de carburant, et détendue au sein de la section de turbine 26 avant d’être éjectée hors du moteur 2. Une autre portion du flux d’air circule au sein de la veine secondaire B qui prend une fourme annulaire allongée entourant le carter moteur 23, l’air aspiré par la soufflante 20 étant redressé par les redresseurs 27 puis éjecté hors de l’ensemble propulsif 1. De cette manière, l’ensemble propulsif 1 génère une poussée. Cette poussée peut, par exemple, être mise au profit de l’aéronef 100 sur lequel l’ensemble propulsif 1 est rapporté et fixé. Système de régulation de carburant
En vue de gérer l’alimentation des organes consommateurs de carburant, tels que les injecteurs (d’allumage ou de la rampe d’injection) de la chambre de combustion 24, et les géométries variables, le moteur 2 comprend un système de régulation de carburant 4.
Le système de régulation de carburant 4 comprend une source de carburant 40, telle qu’un réservoir destiné à stocker du carburant ou un circuit d’alimentation en carburant, prévue pour fournir le carburant destiné à la combustion au sein de la chambre de combustion 24 et, éventuellement, à l’actionnement des géométries variables. En outre, un conduit d’alimentation 400 est relié à la source de carburant 40.
Le système de régulation de carburant 4 comprend un circuit principal 41 relié à la source de carburant 40 par l’intermédiaire du conduit d’alimentation 400, un circuit de recirculation 42, relié au circuit principal 41 , et un dispositif de pilotage 43.
Avantageusement, une pompe centrifuge de gavage 4000, dite pompe basse pression, est interposée entre la source de carburant 40 et le circuit principal 41 , sur le conduit d’alimentation 400, pour la mise sous pression du circuit principal 41.
Le circuit principal 41 comprend une pompe additionnelle 411 prévue pour assurer, au moins en partie, voire en totalité, l’alimentation en carburant de la chambre de combustion 24, et/ou des géométries variables, à la pression et/ou au débit requis par leur fonctionnement.
La pompe 411 comprend un port d’admission 4111 et un port de refoulement 4112. La pompe 411 est agencée de sorte que son port d’admission 4111 soit relié au conduit d’alimentation 400 pour admettre du carburant à partir de la source de carburant 40, éventuellement préalablement mis sous pression par la pompe centrifuge de gavage 4000. Le port d’admission 4111 de la pompe 411 est relié au conduit d’alimentation 400 par un conduit principal 410. La pompe 411 comprend également une partie statorique et une partie rotorique, la partie rotorique étant prévue pour être entraînée par rapport à la partie statorique à un certain régime d’entraînement.
L’entraînement de la pompe 411 peut être mis en oeuvre par prélèvement mécanique sur l’un du corps basse pression 20, 220, 260, 280 et du corps haute pression 222, 262, 282, éventuellement par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires. Dans ce cas, le régime d’entraînement de la pompe 411 est directement lié au régime du moteur 2.
Alternativement, un différentiel mécanique peut être interposé entre le boîtier d’accessoires et la pompe 411 , pour découpler le régime d’entraînement de la pompe 411 du régime du moteur 2. Dans ce cas, un moteur/générateur externe, électrique ou non, est également relié au différentiel, pour permettre la modulation du régime d’entraînement de la pompe 411.
Alternativement, l’entraînement de la pompe 411 n’est pas mis en oeuvre par prélèvement mécanique sur l’un du corps basse pression 20, 220, 260, 280 et du corps haute pression 222, 262, 282, mais se trouve mis en oeuvre au moyen d’un moteur électrique d’entraînement, dont la vitesse peut être contrôlée.
En tout état de cause, le découplage du régime d’entraînement de la pompe 411 du régime du moteur 2 permet de moduler le débit de carburant refoulé par la pompe 411 indépendamment du régime du moteur 2. A cet égard, le système de régulation de carburant 4 peut comprendre un dispositif de contrôle 4114 du régime d’entraînement de la pompe 411 , lequel pilote le différentiel ou le moteur électrique d’entraînement, le cas échéant.
La pompe 411 est préférentiellement une pompe de type volumétrique. La pompe 411 peut en outre être à cylindrée variable. A cet égard, le système de régulation de carburant 4 peut comprendre un organe de commande 4113 qui permet d’ajuster la cylindrée de la pompe 411 et, ainsi, de moduler le débit de carburant refoulé par la pompe 411 indépendamment du régime d’entraînement de la pompe 411.
Le circuit principal 41 comprend en outre un conduit de refoulement 412 relié au port de refoulement 4112 de la pompe 411 et à un organe consommateur de carburant, tel qu’un injecteur de la chambre de combustion 24, pour que ce dernier reçoive du carburant de la pompe 411. Ainsi, au moins une partie du carburant refoulé par la pompe 411 peut être admis au sein de la chambre de combustion 24 pour être mélangé à l’air issu de la section de compresseur 22 afin d’être enflammé.
Avantageusement, le circuit principal 41 comprend un régulateur 417 positionné sur le conduit de refoulement 412. Le régulateur 417 fonctionne selon le même principe qu’un groupe hydromécanique et comprend un doseur débitmètre. Le régulateur 417 est avantageusement connecté au dispositif de contrôle 4114 et/ou à l’organe de commande 4113 pour contrôler le débit de carburant refoulé par la pompe 411 en fonction du strict besoin de la chambre de combustion 24.
Avantageusement, le circuit principal 41 comprend, en outre, un filtre 415 positionné sur le conduit principal 410, entre la source de carburant 40 et le port d’admission 4110 de la pompe 411. Le filtre 415 permet de traiter le carburant circulant au sein du système de régulation de carburant 4 afin d’en optimiser le fonctionnement.
Echangeur thermique
Le circuit principal 41 comprend, en outre, un échangeur thermique 413 positionné sur le conduit principal 410, entre la source de carburant 40 et le port d’admission 4110 de la pompe 411. L’échangeur thermique 413 permet de refroidir un fluide caloporteur à l’aide du carburant. Le système de régulation de carburant 4 est alors considéré comme une source froide capable d’absorber des calories du fluide caloporteur.
L’échangeur thermique 413 comprend un circuit primaire 4131 et un circuit secondaire 4132. Le circuit primaire 4131 de l’échangeur thermique 413 présente une entrée 4133 reliée à la source de carburant 40 et une sortie 4134 reliée au port d’admission 4110 de la pompe 411 , via le conduit principal 410.
Le circuit secondaire 4132 de l’échangeur thermique 413 est relié à un circuit de fluide caloporteur 210 du moteur 2. Le fluide caloporteur peut être n’importe quel fluide circulant dans le moteur 2 pour refroidir ou lubrifier certaines parties du moteur 2, tel que de l’huile de lubrification ou un fluide de refroidissement, comme par exemple un fluide de refroidissement pour machine électrique.
L’échangeur thermique 413 assure ainsi un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire 4131 de l’échangeur thermique 413 et du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire 4132 de l’échangeur thermique 413.
Ainsi, un tel système de régulation de carburant 4 permet, entre autres, de refroidir plus efficacement le fluide caloporteur. En effet, en positionnant l’échangeur thermique 413 en amont de la pompe 411 , le carburant circulant au sein du circuit primaire 4131 est moins chaud. Le transfert thermique entre le carburant et le fluide caloporteur est donc amélioré.
Avantageusement, le circuit principal 41 comprend un échangeur thermique supplémentaire 414. L’échangeur thermique supplémentaire 414 présente la même fonction de refroidissement d’un fluide caloporteur par le carburant que l’échangeur thermique 413. L’échangeur thermique supplémentaire 414 comprend un circuit primaire 4141 et un circuit secondaire 4142. Le circuit primaire 4141 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 présente une entrée 4143 et une sortie 4144.
Selon un mode de réalisation, l’échangeur thermique supplémentaire 414 est positionné en amont de la pompe 411 , dans le sens de circulation du carburant au sein du système de régulation de carburant 4 lorsque la pompe 411 est en fonctionnement. En d’autres termes, l’échangeur thermique supplémentaire 414 est positionné sur le conduit principal 410, entre la source de carburant 40 et le port d’admission 4110 de la pompe 411. L’échangeur thermique supplémentaire 414 peut alors être agencé en parallèle ou en série de l’échangeur thermique 413, en amont ou en aval de l’échangeur thermique 413. Ainsi, l’entrée 4143 du circuit primaire 4141 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 est reliée soit à la source de carburant 40 soit à la sortie 4134 du circuit primaire 4131 de l’échangeur thermique 413. Et, la sortie 4144 du circuit primaire 4141 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 est reliée soit à l’entrée 4133 du circuit primaire 4131 de l’échangeur thermique 413 soit au port d’admission 4111 de la pompe 411.
Selon un autre mode de réalisation, l’échangeur thermique supplémentaire 414 est positionné en aval de la pompe 411, dans le sens de circulation du carburant au sein du système de régulation de carburant 4 lorsque la pompe 411 est en fonctionnement, en étant agencé sur le conduit de refoulement 412. A cet égard, l’entrée 4143 du circuit primaire 4141 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 est reliée au port de refoulement 4112 de la pompe 411 , et la sortie 4144 du circuit primaire 4141 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 est relié à un organe consommateur de carburant, comme la chambre de combustion 24 et/ou une géométrie variable.
Le circuit secondaire 4142 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 est relié à un circuit de fluide caloporteur 220 qui est distinct du circuit de fluide caloporteur auquel est relié le circuit secondaire 4132 de l’échangeur thermique 413.
Le circuit principal 41 peut comprendre plusieurs échangeurs thermiques supplémentaires 414 positionnés sur le conduit principal 410, entre la source de carburant 40 et le port d’admission 4110 de la pompe 411 et/ou sur le conduit de refoulement 412, entre le port de refoulement 4112 de la pompe 411 et un organe consommateur de carburant.
Selon un mode de réalisation, le circuit secondaire 4132 de l’échangeur thermique 413 est relié à un circuit d’huile de lubrification et le circuit secondaire 4142 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 est relié à un circuit de fluide de refroidissement pour machine électrique.
Selon un autre mode de réalisation, le circuit secondaire 4132 de l’échangeur thermique 413 est relié à un circuit de fluide de refroidissement pour machine électrique et le circuit secondaire 4142 de l’échangeur thermique supplémentaire 414 est relié à un circuit d’huile de lubrification. Le filtre 415 peut être positionné sur le conduit principal 410 en amont de l’échangeur thermique 413 et de l’échangeur thermique supplémentaire 414.
Avantageusement, le circuit principal 41 comprend, en outre, une restriction 416 agencée au niveau du conduit de refoulement 412 et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la pompe 411. Plus précisément, la restriction 416 est configurée pour générer des pertes en ligne (ou pertes de charge), de nature thermique, au sein du conduit de refoulement 412, ce qui permet d’ajuster le débit de carburant au sein du conduit reliant le conduit de refoulement 412 aux injecteurs de la chambre de combustion 24. La restriction 416 peut être une vanne à section variable commandée par une servovalve.
Circuit de recirculation
Le système de régulation de carburant 4 comprend, en outre, un circuit de recirculation 42. Le circuit de recirculation 42 comprend un conduit secondaire 421 et une soupape régulatrice 422. Le circuit de recirculation 42 est agencé pour prélever dans le conduit de refoulement 412, au moyen du conduit secondaire 421, du carburant refoulé par le port de refoulement 4112 de la pompe 411 et réinjecter ce carburant prélevé au sein du circuit primaire 4131 de l’échangeur thermique 413 et/ou au sein du circuit primaire 4141 de l’échangeur thermique supplémentaire 414.
La soupape régulatrice 422 (ou « bypass-valve » selon la terminologie anglo-saxonne) est montée sur le conduit secondaire 421 du circuit de recirculation 42. La soupape régulatrice 422 est configurée pour réguler le débit du carburant circulant via le conduit secondaire 421 jusque dans le circuit primaire 4131 de l’échangeur thermique 413 et/ou jusque dans le circuit primaire 4141 de l’échangeur thermique supplémentaire 414.
La soupape régulatrice 422 est pilotée par le dispositif de pilotage 43.
La soupape régulatrice 422 est en outre configurée pour réguler le débit du carburant refoulé par le port de refoulement 4112 de la pompe 411 en cas de défaillance de l’organe de commande 4113 et/ou du dispositif de contrôle 4114. Le circuit de recirculation 42 fonctionne alors comme trop plein du conduit de refoulement 412 afin d’éviter qu’un débit de carburant trop élevé alimente la chambre de combustion 24.
La soupape régulatrice 422 a donc de préférence une double fonction. D’une part, elle permet une modulation du débit de carburant circulant au sein du circuit primaire 4131 , 4141 , de l’échangeur thermique 413, et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414. D’autre part, elle permet de préférence une régulation du débit de carburant circulant au sein du conduit de refoulement 412 et envoyé à la chambre de combustion 24, en cas de défaillance de l’organe de commande 4113 et/ou du dispositif de contrôle 4114.
Ainsi, un tel système de régulation de carburant 4 permet de refroidir plus efficacement le fluide caloporteur. En effet, le circuit de recirculation 42 permet d’augmenter le débit de carburant circulant au sein du circuit primaire 4131 , 4141 , de l’échangeur thermique 413, et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414. Une telle augmentation améliore donc le transfert thermique entre le carburant et le fluide caloporteur.
Dispositif de pilotage
Le dispositif de pilotage 43 est configuré pour piloter la soupape régulatrice 422 en fonction d’une température du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire 4132, 4142, de l’échangeur thermique 413 et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414, d’un débit de carburant au niveau de l’entrée 4133, 4143, du circuit primaire 4131, 4141 , de l’échangeur thermique 413 et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414, et/ou d’une différence de pression aux bornes de la soupape régulatrice 422.
Avantageusement, le dispositif de pilotage 43 peut aussi être configuré pour piloter la soupape régulatrice 422 en fonction du débit de carburant circulant au sein du conduit de refoulement 412 et envoyé à la chambre de combustion 24, en cas de défaillance de l’organe de commande 4113 et/ou du dispositif de contrôle 4114.
Ainsi, la présence de la soupape régulatrice 422 dans le circuit de recirculation 42 permet de moduler le débit de carburant circulant au sein du circuit primaire 4131 , 4141 , de l’échangeur thermique 413, et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414 en fonction des besoins thermiques de refroidissement du fluide caloporteur et non plus seulement en fonction des besoins d’alimentation en carburant de la chambre de combustion 24. Par ailleurs, le pilotage de la soupape régulatrice 422 en fonction du débit de carburant circulant au sein du conduit de refoulement 412 permet de palier une défaillance de l’organe de commande et/ou du dispositif de contrôle 4114 et ainsi éviter une transmission de carburant trop importante à la chambre de combustion 24.
Procédé de régulation de carburant
Un procédé de régulation de carburant peut être mis en oeuvre, notamment grâce à un système de régulation de carburant 4.
Le procédé met tout d’abord en oeuvre un prélèvement E1 d’une partie du carburant, refoulé par le port de refoulement 4112 de la pompe 411 , grâce au circuit de recirculation 42. Le circuit de recirculation 42 réalise, au moyen du conduit secondaire 421 , une injection E2 au sein du circuit primaire 4131 , 4141 , de l’échangeur thermique 413 et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414 du carburant précédemment prélevé.
La soupape régulatrice 422 met en oeuvre une modulation E3 du débit de carburant injecté au sein du circuit primaire 4131 , 4141 de l’échangeur thermique 413 et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414, de sorte à augmenter le transfert thermique entre, d’une part, le carburant circulant dans le circuit primaire 4131 , 4141 de l’échangeur thermique 413 et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414 et, d’autre part, le fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire 4132, 4142 de l’échangeur thermique 413 et/ou de l’échangeur thermique supplémentaire 414.
Par ailleurs, la soupape régulatrice 422 peut mettre en oeuvre une étape de régulation E4 du débit de carburant circulant au sein du conduit de refoulement 414 et envoyé à la chambre de combustion 24, notamment en cas de défaillance de l’organe de commande 4113 et/ou du dispositif de contrôle 4114.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de régulation de carburant (4) pour moteur (2) d’aéronef (100), le système (4) comprenant :
- une pompe (411 ) comprenant un port d’admission (4111 ) et un port de refoulement (4112), le port d’admission (4111 ) étant prévu pour être relié à une source de carburant (40), le port de refoulement (4112) étant prévu pour être relié à une chambre de combustion (24) du moteur (2) pour alimenter la chambre de combustion (24) en carburant ;
- un échangeur thermique (413) comprenant un circuit primaire (4131 ) et un circuit secondaire (4132), le circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413) présentant une entrée (4133) prévue pour être reliée à la source de carburant (40) et une sortie (4134) reliée au port d’admission (4111 ) de la pompe (411 ), le circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413) étant prévu pour être relié à un circuit de fluide caloporteur (210) du moteur (2), l’échangeur thermique (413) étant configuré pour assurer un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413) et du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413) ;
- un circuit de recirculation (42) agencé pour prélever du carburant refoulé par le port de refoulement (4112) de la pompe (411 ) et réinjecter le carburant prélevé au sein du circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413), le circuit de recirculation (42) comprenant une soupape régulatrice (422) configurée pour moduler un débit du carburant circulant au sein du circuit de recirculation (42) ; et
- un dispositif de pilotage (43) configuré pour piloter la soupape régulatrice (422) en fonction d’une température du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413) et/ou d’un débit de carburant au niveau de l’entrée (4133) du circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413), de sorte à augmenter le transfert thermique entre le carburant circulant dans le circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413) et le fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413).
2. Système (4) selon la revendication 1 , dans lequel le dispositif de pilotage (43) est configuré pour piloter la soupape régulatrice (422) en fonction d’une différence de pression aux bornes de la soupape régulatrice (422).
3. Système (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel la pompe (411 ) est de type volumétrique.
4. Système (4) selon la revendication 3, dans lequel la pompe (411 ) présente une cylindrée variable, le système (4) comprenant en outre un organe de commande (4113) de la cylindrée de la pompe (411 ) et / ou un dispositif de contrôle (4114) d’un régime d’entraînement de la pompe (411 ).
5. Système (4) selon la revendication 4, dans lequel la soupape régulatrice (422) est en outre configurée pour augmenter le débit du carburant circulant au sein du circuit de recirculation (42) en cas de défaillance de l’organe de commande (4113) et/ou du dispositif de contrôle (4114).
6. Système (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un échangeur thermique supplémentaire (414) comprenant un circuit primaire (4141 ) et un circuit secondaire (4142), le circuit secondaire (4142) de l’échangeur thermique supplémentaire (414) étant prévu pour être relié à un circuit supplémentaire (220) d’un autre fluide caloporteur du moteur (2), l’échangeur thermique supplémentaire (414) étant configuré pour assurer un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire (4141 ) de l’échangeur thermique supplémentaire (414) et de l’autre fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire (4142) de l’échangeur thermique supplémentaire (414) .
7. Moteur (2) d’aéronef comprenant :
- un système (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 ;
- un circuit de fluide caloporteur (210) relié au circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413) du système (4).
8. Moteur (2) d’aéronef selon la revendication 7, comprenant :
- le système (4) selon la revendication 6 ; et
- un circuit supplémentaire (220) d’un autre fluide caloporteur relié au circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique supplémentaire (414) du système (4).
9. Aéronef (100) comprenant une cellule et un moteur (2) selon l’une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel le moteur (2) est fixé à la cellule.
10. Procédé de régulation de carburant pour moteur (2) d’aéronef (100), le procédé comprenant : - un prélèvement (E1 ) d’une partie de carburant refoulé par un port de refoulement (4112) d’une pompe (411 ) d’un système (4) de régulation de carburant (4) du moteur (2), le port de refoulement (4112) étant relié à une chambre de combustion (24) du moteur (2) pour l’alimenter en carburant ;
- une injection (E2) du carburant prélevé au sein d’un circuit primaire (4131 ) d’un échangeur thermique (413) du système (4), l’échangeur thermique (413) comprenant le circuit primaire (4131 ) et un circuit secondaire (4132), le circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413) présentant une entrée (4133) reliée à une source de carburant (40) du système (4) et une sortie (4134) reliée à un port d’admission (4111 ) de la pompe (411 ), le circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413) étant relié à un circuit de fluide caloporteur (210) du moteur (2), l’échangeur thermique (413) étant configuré pour assurer un transfert thermique entre du carburant circulant dans le circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413) et du fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413) ; et
- une modulation (E3) du débit de carburant injecté au sein du circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413) de sorte à augmenter le transfert thermique entre le carburant circulant dans le circuit primaire (4131 ) de l’échangeur thermique (413) et le fluide caloporteur circulant dans le circuit secondaire (4132) de l’échangeur thermique (413).
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