Brevet FR2061636A1 — publié le 19710625

La présente invention concerne les systèmes de commande fluidiques et a pour but de fournir à un système de commande comportant un signal d'entrée représenté par une différence de pression, une polarisation d'entrée variable en fonction de la va-5 leur absolue de la différentielle de cette différence de pression par rapport au temps, le sens de la polarisation étant indépendant du signe positif ou négatif de la différentielle par rapport au temps. L'obtention d'une telle polarisation est souhaitable, par exeaqale, lorsqu'on réalise une commande fluidique 10 des aubages distributeurs réglables associés à l'admission d'un compresseur de turbine à gaz où, bien que le réglage imposé des aubages distributeurs soit essentiellement commandé par le rapport des pressions ou taux de compression produit à travers le compresseur, il est souhaitable, pour éviter des à-coups et 15 pour améliorer la commande de la machine, de polariser ou de solliciter les aubages distributeurs du côté faible vitesse de la position ainsi déterminée à la fois pendant une accélération rapide et pendant une décélération rapide de la machine» Bien que l'on puisse obtenir une polarisation variant en 20 fonction d'une différentielle de la valeur du signal d'entrée par rapport au temps en appliquant ce signal d'entrée au système par l'intermédiaire d'un étranglement et en reliant un réservoir au conduit reliant l'étranglement au système de commande, on se rend compte aisément que le signçâ-e cette polarisation dé-25 pend du signe de la différentielle du signal d'entrée par rapport au temps. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et d'apporter une solution à ce problème. Elle est matérialisée dans un système de commande fluidi-30 que dans lequel une polarisation, qui devient efficace toutes les fois que la pression appliquée au niveau de l'entrée de commande varie et qui présente le même sens indépendamment du signe de la variation, est obtenue par dérivation de la pression de commande à partir de la partie étranglée d'un tube de Venturi p3ar-35 cé entre l'entrée destinée à la pression correspondant au signal et un réservoir. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. 40 La fig. 1 est une représentation schématique sous forme de 70 32678 „ 2 2061636 diagramme d'un système de commande et d'un dispositif permettant d'introduire tua. retard de temps dans l'application d'un signal d'entrée à un amplificateur fluidique. La fig. 2 est une représentation schématique similaire, 5 mais modifiées permettant d'obtenir une avance au lieu d'un retard de temps dans l'application du signal d'entrée. La fig. 3 est une représentation schématique montrant un mode de réalisation de 1'invention appliqué à l'une des entrées de commande d'un amplificateur fluidique proportionnel classi-10 que du type à interaction des quantités de mouvement. La fig. 4 est une représentation similaire à la précédente et montrant un. circuit modifié. La fig. 5 est une représentation schématique montrant la combinaison du système visible sur la fig. 4 et du compresseur 15 d'air de combustion destiné à un moteur du type turbine à gaz. Si l'on se réfère en premier lieu à la fig. 1, celle-ci représente un amplificateur fluidique proportionnel A comportant une entrée P destinée à 18alimentation en fluide de puis- *1 2 sanee, une paire de raccords G et G destinés à l'entrée du 20 fluide de commande et montés sa opposition, et deux raccords de i 2 sortie 0 et 0 montés de façon que la valeur de la différence entre les débits et (ou) les pressions au niveau des raccords de a o ■ " " - - - sortie 0 et 0 soit déterminée par la différence entre les i 2 pressions de commande des raccords G et C destinés à l'entrée 25 du fluid^de commande. Un signal de commandé apparaissant au niveau d'une entrée I est appliqué au raccord c'1 destiné au fluide de commande par l'intermédiaire d'un circuit à étrangle-ment B, une chambre D formant réservoir étant reliée en dérivation à la ligne mettant en communication l'étranglement B et A 30 raccord de commande d'entrée C . Il est évident que,dans ce cas, A la pression appliquée au raccord d'entrée C est toujours en retard par rapport aux variations du signal de pression appliqué au niveau du point I, de telle façon que lorsque le signal de pression appliqué en I augmente, la pression de commande régnant A 35 au niveau du raccord C est temporairement plus faible, et lorsque le signal de pression appliqué à l'entrée I diminue, la pres- A sion de commande régnant au niveau du raccord C est temporairement plus élevée que la pression du signal appliquée à l'entrée I, de sorte que lorsque la pression régnant au niveau du second 40 raccord d'entrée de fluide de commande 0 est maintenue 70 32678 3 2061636 constante, la pression apparaissant au niveau du raccord de sor- p tie 0 est modifiée en conséquence. L'inversion de la polarisation suivant le signe du gradient de pression s'applique"également au circuit visible sur 5 la fig. 2, ce qui détermine dans 1*amplificateur fluidique proportionnel A une modulation de la pression de sortie apparais- 2 sant au niveau du raccord de sortie 0 , qui s'effectue alors avec une avance dans le temps au lieu du retard obtenu à l'aide du circuit visible sur la fig. 1, cette avance par rapport au 10 signal de commande appliqué à l'entrée I étant due au fait que le signal de commande apparaissant au niveau de cette entrée I >1 est appliqué non seulement au raccord de commande d'entrée C d'une façon similaire à celle décrite en se référant à la fig.1, p mais est également appliqué au second raccord G , destiné au 15 fluide de commande d'entrée et agissant en opposition par rap- A port au premier raccord C , par l'intermédiaire d'un second cir-cuit à étranglement B , dont l'entrée est également reliée à l'entrée I destinée au signal de pression et dont la sortie est 0 directemenf'teliée au raccord 0 sans qu'il soit prévu de re-20 servoir. Il est évident que le circuit visible sur la fig. 2 ne produit aucun signal de sortie amplifié aussi longtemps que la pression du signal d'entrée appliquée à l'entrée I reste constante, alors qu'une augmentation de la pression du signal d'entrée appliqué en I détermine une augmentation de la pression de A 25 sortie apparaissant au niveau du raccord 0 du fait qu'à cause du retard de temps apparaissant dans l'augmentation de pression A au niveau du raccord de commande C la pression appliquée à l'autre raccord d'entrée 0^ est supérieure à celle qui est ap- A pliquée au raccord C , tandis qu'à l'inverse, la pression de 2 a 50 sortie apparaissant au niveau du raccord 0 subit une diminution lorsque et aussi longtemps que la pression du signal d'entrée appliquée en I diminue, du fait que pendant une telle diminution de la pression d'entrée appliquée en I, la pression de 1 commande appliquée au raccord C est légèremént supérieure, à 55 cause de l'alimentation supplémentaire provenant du réservoir D, à la pression régnant au niveau de l'autre raccord G destiné à la pression de commande et qui ne peut user d'une telle alimentation auxiliaire. Cependant, comme dans le circuit visible sur la fig. 1, la polarisation change de sens lorsque le signe de la 40 différentielle par rapport au temps du signal de pression appli 70 32678 4 2061636 qué au niveau de l'entrée I est modifiés Si l'on se réfère maintenant à la fig. 3t celle-ci représente un amplificateur comportant une entrée 1 destinée à l'alimentation en fluide de puissance et reliée à un ajutage de puissance 2, et deux orifices ou conduits d'entrée 7 et 8 5 destinés au fluide de commande. L'ajutage de puissance 2 produit un jet qui, en l'absence de tout signal de commande d'entrée apparaissant au niveau des conduits ou orifices 7 et 8, est symétrique par rapport à un organe de répartition 15» sous l'effet duquel le jet est divisé ou réparti entre deux orifices de 10 sortie 3 et 4-, deux orifices d'évacuation 5 et 6 étant prévus de façon à permettre l'évacuation du fluide excédentaire fourni par le jet formé dans lsajutage 2 lorsqu'il dépasse la quantité pouvant pénétrer dans les orifices de sortie 3 et 4 et, plus particulièrement, lorsque ces derniers sont fermés de façon à ob-15 tenir une pression de sortie. Parmi les deux orifices ou conduits de commande 7 et 8 de 1*amplificateur, le premier est relié à l'étranglement d'un tube de Venturi 21 qui est interposé entre une entrée I destinée à l'admission d'-un signal de pression et un réservoir D, l'autre orifice de commande 8 pouvant égale-20 ment être relié au circuit d'entrée I du signal de pression, lorsque la commande est destinée à ne produire qu'un effet de commande transitoire, ou bien pouvant être relié à un conduit d'évacuation, de ventilation, ou à un autre système de référence ou de commande par pression lorsque la commande est destinée à 25 être également influencée par la valeur permanente du signal de pression appliqué à l'entrée I. Il est évident que lorsque le signal de pression appliqué au niveau de l'entrée" I augmente, l'écoulement s'effectue depuis cette entrée I jusqu'au réservoir D, et lorsque la près don 30 du signal appliqué à l'entrée I diminue, 1* écoulement s* effectue depuis le réservoir D jusqu'à l'entrée I par l'intermédiaire du tube de Yenturi 21. Dans chaque cas, la pression régnant au niveau de l'étranglement du tube de yenturi tombe au-dessous de la pression régnant au niveau de l'entrée I de sorte 35 qu'on obtient une commande produisant une polarisation qui est efficace dans un sens prédéterminé lorsque la pression régnant au niveau de l'entrée I augmente et est efficace dans le même sens lorsque la pression au niveau de l'entrée I diminue. Go*me le montre la fig. 3, la pression de sortie ainsi 70 32678 5 2061636 polarisée peut être appliquée à un cylindre de servocommande 22 dont le piston 23» sollicité élastiquement par un ressort, agit, par l'intermédiaire d'une "bielle ou tige 24 sur une manivelle 25 prévue dans la carcasse 26 d'un turbocompresseur T de fa-5 çon à actionner les aubages de guidage ou de distribution à angle variable de la partie compresseur de ce turbocompresseur T. Dans certains cas, il est souhaitable de superposer ou d'ajouter une polarisation fonction de la vitesse de variation de la pression d'entrée à une commande s*effectuant selon une autre 10 fonction quelconque de la pression d'entrée, et la fig. 4 représente un montage dans lequel l'invention est utilisée de cette manière conjointement avec un amplificateur proportionnel 18 qui, pour faciliter l'obtention de ces résultats, comporte une entrée modulée décrite plus en détail dans la demande de brevet 15 déposée en France ce même jour, au même nom et ayant pour titre "Dispositif fluidique", le signal de sortie de cet amplificateur étant utilisé comme un signal de commande d'entrée normal pour un étage amplificateur supplémentaire 18A. Comme cela est décrit plus en détail dans la demande connexe précitée, l'ajutage 20 2 destiné au jet du fluide de puissance et visible sur la fig.3 a été remplacé, dans le cas de l'amplificateur proportionnel 18 mentionné en premier lieu, par deux ajutages 2A et 2B destinés au fluide de puissance, montés en dérivation et inclinés dans des direction opposées par rapport au plan de symétrie de l'élé-25 ment répartiteur 15 et de façon à être sensiblement alignés avec les orifices ou conduits de sortie 3 et 4 de cet amplificateur 18. L'orifice d'admission correspondant à l'ajutage de la branche 2A est directement relié à l'entrée I destinée aux signaux de pression et utilisée comme alimentatiogén fluide de 30 puissance, et l'orifice d'admission correspondant à l'autre ajutage associé à la branche 2B est relié à la partie étranglée d'un tube de Yenturi 21 qui relie l'entrée I à un réservoir D» Par conséquent, l'ensemble de l'écoulement du jet de puissance devient une fonction de la pression du signal et l'action de 35 polarisation du tube de Venturi modifie effectivement le signal de sortie de l'amplificateur 18 en altérant, en réponse aux variions de la pression du signal appliquée à l'entrée ï, la répartition du fluide entre les deux branches d'ajutage 2A et 25 alors que les deux ajutages de commande principaux 7 et 8 de 40 l'amplificateur 18 soùt laissés libres pour d'autres signaux de 70 32678 6 2061636 commande. Dan® le mode de réalisation, représenté, une pression d'entrée, qui peut correspondre à la mime sourcè que celle reliée à ; l'entrée I, est appliquée à l'ajutage de commande principal 7 5 à partir d'un^point 17 et par 18intermédiaire d'un collecteur de jet plan 16 dont 18enveloppe peut être munie d'un évent mis en communication par exemple avec l'atmosphère ambiante, ou bien i peut être reliée à un autre circuit de pression de référence, de sorte que la pression effective appliquée au niveau de l'orifice 10 de commande 7 constitue une fonction âe cette pression en même temps que de la pression appliqué© en 17. L'autre ajutage de commande principal 8 peut être relié à un orifice ou raccord 10 fournissant un signal ou une pression de référence. Il est évident que le montage visible sur la fig# 4 peut 15 être utilisé pour commander, dsune façon similaire à celui de la fig, 3, un cylindre ds actionneiaent destiné à faire fonctionner, par exemple, les aubages de guidage ou de distribution à angle variable associés à la partie compresseur d'un turbocompresseur, en reliant les deux sorties du second, étage amplificateur 18A 20 au ©ylindre de servocosmande de la mime façon que les sorties 3 ®t 4 de 13 amplificateur 18 lui sont reliées dans la fig. 3« Un montage utilisé de cette façon est représenté sur la fig® 5» dans laquelle les mimes références numériques que dans les figures précédentes ont été utiliséés pour désigner des piè-25 ces correspondantes. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 5, la pression appliquée à l'entrée 1 correspond à la pression d'échappement P^ de la partie compresseur 26 d'un moteur du type turbine à gaz qui est alimenté par de l8air ambiant sous une pression P^. L'air 30 sous une pression P^ n'est pas seulement appliqué à l'entrée I d'un système tel que celui visible sur la fig. 4 et à 1'entrée de puissance de son second étage amplificateur 18A mais est également appliqué à deux conduits en dérivation dont l'une des branches est reliée à 1'entrée du collecteur de jet plan 16 qui com-35 porte lui-même un orifice de mise en communication avec l'atmosphère ambiante sous une pression P^ et dont la sortie est reliée à un ajutage de commande principal 7 faisant partie du premier étage amplificateur 18, alors que 1'autre branche est reliée, par l'intermédiaire de deux organes d'étranglement et Xg mon-40 tés en série et dont le premier comporte un orifice à section 70 32678 ? 2061636 constante alors que le dernier est réglable par l'intermédiaire d'un levier 31, à un orifice mis en communication avec la pression ambiante P^ et comporte, entre les organes d'étranglement X^ et Xg, une prise intermédiaire 27 reliée par 1'intermédiai-5 re du raccord 10 à l'autre ajutage de commande principal 8 ♦ faisant partie du premier étage de l'amplificateur 18. Il est évident que les pressions qui agissent respectivement au niveau des entrées des ajutages de commande 7 8 ont toutes les deux des valeurs comprises entre les pressions P et 10 P^ mais que, pour un réglage donné de l'organe d'étranglement réglable elles correspondent à différentes fonctions des pressions P^ et P^ (ou, pour une pression P^ donnée, à différentes fonctions de la pression P^), mais qu'elles peuvent, au moins lorsque l'appareil présente des dimensions convenables, ê-15 tre rendues égales, pour n'importe quelles valeurs données des pressions et P^, grâce à ^utilisation d'un réglage convenable de l'organe d'étranglement Xg .et être soumise à l'effet du montage à jets jumeaux, provenant des ajutages 2A et 2B et commandés par le tube de Venturi, ce qui introduit la différentielle par 20 rapport au temps de la pression d'échappement du compresseur et est utilisé, comme cela sera expliqué ci-après, pour agir à 1'encontre d'une vitesse excessive d'augmentation de cette pression et du risque inhérent de l'arrêt du compresseur,, Comme dans le montage visible sur la fig. 4-, les conduits 25 de sortie 3 et 4 faisant partie du premier étage amplificateur 18 sont reliés respectivement aux ajutages de commande 8A et 7A dia second étage amplificateur 1QA, alors que les conduits de sortie 3A et 4A de ce dernier étage amplificateur sont reliés respectivement aux deux extrémités d'un cylindre d*actionnement 30 22 dont le piston 23 agit, par l'intermédiaire de sa tige de piston 24, d'une tringlerie 28 et d'une manivelle 25, de manière à faire varier le réglage des aubages de guidage ou de distribution 25 (qui, comme cela est visible au niveau du sommet de la figure, font partie du compresseur 26) selon les nécessi-35 tés imposées par des conditions de pressions variables, alors qu'un mécanisme de réaction 30 agit sur le levier 31 de l'oa» gane d'étranglement réglable X2 de façon à rétablir l'équilibre des pressions entre les ajutages de commande 7 et 8 du premier étage amplificateur 18 après un déplacement approprié des au-40 bages distributeurs. 70 32678 8 2061636 Bien que l'on ait supposé jusqu'à maintenant que le tube de Venturi 21 correspond à un type de construction symétrique qui produit des polarisations égales pour des vitesses égales et opposées de variation de la pression d'entrée, on peut également 5 utiliser, à titre de variante, un tube de Venturi correspondant à un type de construction asymétrique, ce qui amène la valeur de la polarisation à dépendre du signe de la variation de pression et à produire, par exemple, une réponse plus importante pour une pression croissante que pour une pression décroissante. Danqée 10 cas, le taux d'expansion du fluide entre l'étranglement du tube de Venturi et le réservoir est augmenté. Bien que les variations de la pression du signal qui sont susceptibles de se produire au niveau de l'entrée I soient suffisantes pour déterminer un écoulement de vitesse sonique dans l'étranglement du tube de Venturi 15 21, la pression régnant au niveau de l'étranglement ne tombe pas au-dessous d'un pourcentage prédéterminé de la pression absolue régnant en amont et, selon une particularité supplémentaire de l'invention, l'asymétrie de la polarisation peut néanmoins être obtenue même pour des conditions de fonctionnement correspondant 20 à une certaine obstruction si la prise ou la dérivation de la pression est effectuée légèrement d'un côté, c'est-à-dire en a-mont ou en aval de l'étranglement. Il est également évident que lorsque la dérivation s'effectue du côté amont de l'étranglement, on obtient un effet de succion inférieur à celui que l'on obtien-25 drait au niveau de l'étranglement du fait que la vitesse du fluide au niveau du point de dérivation est inférieure à sa vitesse au niveau de l'étranglement. Lorsque le sens de l'écoulement est inversé, la prise de dérivation est alors située en aval de l'étranglement par rapport au courant inversé, de sorte que,dans des 30 conditions d'écoulement sonique dans l'étranglement, l'effet de succion est augmenté au delà de celui ayant lieu au niveau de l'étranglement du fait qu'au niveau de l'emplacement de la prise la vitesse d'écoulement dans la partie aval du tube de Venturi est supersonique. Cependant, il faut se rendre compte que lorsque 35 le taux de compression ou le rapport des pressions à travers l'ajutage ou le tube, et par conséquent, le débit ou la vitesse d'écoulement est inférieure à celle correspondant à l'écoulement dans l'étranglement, l'effet asymétrique du décalage de la prise disparaît, et si un fonctionnement asymétrique du dispositif de 40 polarisation est alors nécessaire, on doit utiliser d'autres mo 70 32678 9 2061636 yens pour obtenir une telle asymétrie0 Il est évident que dans le mode de montage visible sur la 5» la présente invention est utilisée en même temps que celle décrite dans la demande de brevet connexe déjà citée et ayant 5 pour titre "Dispositif fluidique", dans un système destiné à la commande des auxiliaires et sous-ensembles d'une turbine à gaz et elle peut également être utilisée, à titre de variante, dans un système de commande fluidique destiné à des aubages de distribution réglables au niveau de l'entrée d'un compresseur d'un turbo-10 propulseur aérien, dans lequel la pression de référence est obtenue entre deux orifices reliés en série et mettant en communication la source de pression d'entrée et la pression atmosphérique ambiante« Une telle combinaison du dispositif de polarisation selon l'invention, du système de commande selon la demande connexe 15 et du système de commande de position précité, constitue également un aspect de la présente invention,. Bien que l'appareil précité ait été décrit comme étant destiné à fonctionner avec des gaz compressibles, il peut évidemment être-modifié pour fonctionner de façon satisfaisante avec des li-20 quides exposés ou soumis à certaines différences, comme s'en rendront compte les spécialistes, et comprenant entre autres le fait qu'en pratique l'obstruction, qui peut être utilisée pour un fluide gazeux de façon à maintenir constant l'écoulement total s'effectuant à travers l'ajutage X^ à section constante, n'appa-25 raît pas dans un système fonctionnant avec un liquide hydraulique pour aucun des rapports de pression ou taux de compression apparaissant pratiquement® Pour réaliser cette modification, le réservoir totalement rempli de fluide d'actionnement peut être remplacé par un dispositif accumulateur hydraulique qui peut com-30 prendre un piston libre actionné par la pression du liquide hydraulique et agissant à 1'encontre d'un ressort, ou bien, à titre de variante, ce dispositif accumulateur peut comprendre une chambre de mise sous pression contenant un gaz sous pression qui peut être isolé, par exemple par un diaphragme 27' comme le montre la 35 fig. 3, du liquide d' actionnement contre la pression duquel il agit • Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 70 32678 2061636 ' REVENDICATIONS 1o Système de commande fluidique, caractérisé en oe que le signal de pression d'entrée est appliqué à une entrée de commande d'un élément de commande fluidique prévu dans un tube de Ven-5 turi faisant partie d'un conduit reliant l'entrée pour le signal de pression à un réservoir. 2o Système suivant la revendication 1,caractérisé en ce qu'un point du tube de Yenturi ést relié à l'un de deux ajutages opposés fournissant des jets de commande et faisant partie d'un 10 amplificateur fluidique à interaction de jets. 3» Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un point de tube de Yenturi est relié à l'entrée de l'un des deux ajutages fournissant des jets de puissance dont les axes se coupent sous un angle aigu de façon à produire deux jets répartis 15 symétriquement par rapportai'axe longitudinal d'un amplificateur fluidique à interaction de jets comportant deux ajutages opposés fournissant des jets de commande, de façon que ces jets se réunissent en un seul jet de puissance à orientation variable dans la zone d'interaction avec les jets de commande, alors que l'orifice 20 d'admission correspondant à l'autre ajutage fournissant un jet de commande est en communication sensiblement libre avec un point soumis à la pression du signal d'entrée. 4. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de commande fluidique 25 est un amplificateur fluidique dont le signal de sortie est appliqué à un organe d1actionnement monté de façon à faire varier les angles des aubages distributeurs d'entrée d'un compresseur destiné à l'air de combustion d'une turbine à gaz, un orifice de sortie correspondant à la pression d'échappement du compresseur étssA 30 relié à l'entrée du conduit comprenant le tube de Yenturi. 5. Système suivant la revendication 3» caractérisé en ce que la sortie du dispositif comprend un organe de commande actionné par une pression de fluide et relié à la sortie de l'amplificateur de façon à être actionné par la pression régnant dans cet- 35 te sortie, cet organe de commande étant relié mécaniquement aux aubages distributeurs d'entrée d'un compresseur destiné à l'aircfe combustion d'une turbine à gaz, un orifice de sortie correspondant à la pression d'échappement du compresseur étant relié à l'entrée du conduit comprenant le tube de Yenturi»