Brevet FR2110304A1 — publié le 19720602

La présente invention est relative à un système de contrôle de l'accélération pour moteurs à turbine à gaz ou turboréacteurs . Il est courant de prévoir, dans ces moteurs, une boucle 5 de contrôle qui limite l'accélération du moteur de façon qu'à aucun moment sa vitesse ne puisse dépasser une valeur maximale permise. Une difficulté se présente dans le cas où la vitesse du moteur ne peut temporairement atteindre sa valeur permise, en raison par exemple de l'inertie du moteur ou d'une interruption 10 momentanée de la combustion. Il peut s'ensuivre une disparité entre les signaux qui représentent respectivement la vitesse réelle et la vitesse permise, d'où, peuvent résulter une instabilité de la boucle de contrôle et un pompage possible du moteur. L'un des objets de la présente invention est de supprimer cette difficulté, 15 ou pour le moins d'en réduire l'importance. Selon l'invention on prévoit, en combinaison avec un moteur à turbine à gaz ou turboréacteur, un appareillage de contrôle de l'accélération de ce-moteur comprenant un générateur qui fournit un signal de demande de vitesse ayant un accroissement 20 prédéterminé en fonction du temps, une boucle de contrôle de la vitesse du moteur agissant d'après le signal de demande de vitesse, et des moyens connectés de façon à agir sur le ghérateur pour réduire le taux d'accroissement dudit signal de demande de vitesse lorsque la vitesse du moteur a tendance à ne pas atteindre 25 la valeur correspondant à ce signal. J*autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif, et avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : 30 La Figure 1 est un schéma général du système conforme à l'invention La Figure 2 est un autre schéma montrant les détails d'un dispositif de contrôle de l'accélération représenté sous une forme simplifiée sur la Figure 1, et 35 La Figure 3 est encore un schéma montrant les détails de circuits qui calculent une correction d'altitude, et qui sont représentés, sous uhe forme simplifiée sur la Figure 2. La Figure 1 représente un turboréacteur 10 alimenté en combustible par une tuyauterie 11 commandée par une valve d'étranglement 12 actionné par un signal 13 envoyé à un moteur éleetrique 71 36244 2 2110304 14 accouplé avee la valve 12. Lorsque le signal 13 est positif, le moteur tourne dans le sens qui fait ouvrir la valve, et vice versa. La position de l'obturateur de la valve est perçue par un élément sensoriel 15 qui fournit un signal 16 de rétroaction 5 correspondant à la position de l'obturateur de la valve. La vitesse de déplacement de cet obturateur est perçue par un autre élément sensoriel 17 qui fournit un autre signal 18 de rétroaction qui correspond à la vitesse de déplacement dudit obturateur. Le signal 13 est fourni par un dispositif passe-bas 20 qui maintient 10 ce signal 13 égal au plus faible, c'est-à-dire au moins positif, des signaux 30 et 43 que le dispositif 20 reçoit sur ses entrées# Le signal 30 est un signal d'erreur dérivé d'un dispositif passe-haut 19 qui maintient ce signal 30 égal au plus fort, c'est-à-dire au plus positif, des signaux 21 et 22 qu'il reçoit 15 sur ses entrées. Le signal 22 est un signal d'erreur fourni par une boucle 22» .de contrôle de la position de l'obturateur de la valve 12, boucle dans laquelle un signal de demande de vitesse 26 dérivé de la position angulaire, de la manette d'admission 27 du com-20 bustible, manoeuvrée par le pilote, est ajouté au signal 16 dans un amplificateur 23 qui fournit ledit signal 22. Le système est agencé de façon que les gignaux 26 et 16 soient de polarités opposées, le signal 26 étant positif et le signal 16 négatif® Au cours d'une demande d'accélération, la somme des signaux 26 et 25 16 est positive, et le signal 22 l'est aussi. L'inverse se produit au cours d'une demande de décélération. Le signal 21 est un signal d'erreur fourni par une première boucle 25 de contrôle de la vitesse du moteur, dans la-quelle le signal 26 est ajouté, par un amplificateur 29, à un 30 signal 28 de rétroaction en vitesse, ce qui fournit le signal 21. Les relations entre les polarités des entrées et de la sortie dé l'amplificateur 29 sont les mêmes que celles des polarités correspondantes de l'amplificateur 23. Les signaux 26 et 28 sont respectivement positif et négatif et, au cours d'une demande d'accé-35 lération, la somme de ces signaux est positive, et le signal 21 l'est aussi. Le signal 28 de rétroaction en vitesse est dérivé d'un élément sensoriel 31 monté dans un carter de palier 32 du moteur, et qui est sensible à la vitesse de celui-ci, c'est-à-dire à la vitesse de rotation de son rotor constitué par un compresseur 33 et par une turbine 34* La chambre de combustion du moteur est 71 36244 3 2110304 référencée 35. 25 Les gains des boucles 22'/sont prévus de façon que, lorsque le moteur tourne au ralenti, l'action de la boucle de position 22' soit prédominante et que, pour des vitesses du mo% 5 teur supérieures, ce soit l'action de la boucle 25 qui prédomine. Le signal 30 est, par conséquent, soit un signal d'erreur sur la position de l'obturateur de la valve d'admission, soit un signal d'erreur sur la vitesse du moteur, suivant le cas. Le signal 26 est déterminé arbitrairement par la aanoeu-10 vre manuelle de la manette 27, et il peut arriver qu'au cours d'eu* demande d'accélération, ce signal 26 augmente plus rapidement qu'il n'est admissible pour la sécurité du moteur. Pour éviter les conséquences de telles conditions, il est prévu un circuit 44 de contrôle des accélérations, (représenté en détail sur la Figure2), 15 qui émet le signal 43 constituant un signal d'erreur pour une deuxième boucle 40, de contrôle de vitesse dans laquelle un signal de demande de vitesse 41 correspondant à la vitesse admissible est ajouté au signal de vitesse 28 dans un amplificateur 42, ce qui fournit le signal 43. Ainsi qu'il a été précédemment indiqué, le 20signal 28 est négatif, et le signal 41 est tel que le signal 43 est positif si la somme des signaux 41 et 28 est positive. ïant que le signal 43 est inférieur au signal 30, c'est-à-dire à une valeur positive moindre, le signal 13 est déterminé par le signal 43. Le signal de demande 41 est émis par un générateur de fonction 25 ou intégrateur 44 A qui calcule une certaine fonction de la vitesse et qui est schématisé sur la Figure 2. Pour la description du fonctionnement du circuit 44 de contrôle de l'accélération, il y a lieu de considérer les divers é^ats suivants : 30 a) Etat stable»- Dans cet état, le signal 30 est nul, les signaux 28 et 41 sont égaux/1.5 polarités opposées, le signal 43 est nul, et le générateur de fonction 44 A est inactif. b) Etat d'accélération.- Dans cet état, le signal 30 est positif, le générateur de fonction 44 A provoque l'augmentation du 35 signal 41 à un taux d'accroissement prédéterminé, et le signal 28 s'accroît au même taux. c) Etat de décélération.- Dans cet état, le signal 30 est négatif, le générateur de fonction 44 A est inactif, et le signal 28 tend à diminuer, soit en accord avec la décroissance du signal 28, soit à un taux moindre déterminé par l'inertie du moteur. 71 36244 4 2110304 d) Etat de décélération non contrôlée.- Dans cet état, la vitesse du moteur ne répond pas à la demande d'accélération faite (en cas, par exemple, d1interruption, momentanée de combustion), le générateur de fonction 44 A entre en action en réponse 5 à cette demande d'accélération, le signal 41 décroît en fonction de la décroissance du signal 28, et il maintient la conformité désirée entre les signaux 28 et 41. L'intégrateur 44 A comprend un amplificateur d'addition 45 et un condensateur 46, et il reçoit des signaux d'entrée 47, 10 48 et 49. Lorsqu'il est actif, le signal 41 varie suivant un taux déterminé par la constante de temps du réséau constitué par le condensateur et par les conducteurs d'arrivée des signaux 47, 48 et 49. Lorsq_u' il est inaetif, le condensateur et les conducteurs d'arrivée des signaux 47 et 48 sont hors circuit, et le signal 28 15 est reçu par l'une des entrées de l'amplificateur 45, de sorte que le signal 41 est alors égal au signal 28, et de signe oppo.sé. L'intégrateur 44 A passe de son état actif à son état inactif sous l'effet de la fermeture d'interrupteurs 53 et 54 qui mettent respectivement à la masse les signaux 47 et 48, de la 20 fermeture d'un interrupteur 55 qui branche une résistance 56 en parallèle avec le condensateur 46, et de la fermeture d'un interrupteur 52 qui envoie le signal 28 dans l'amplificateur 45. La fermeture des interrupteurs 52 à 55 est provoquée par le passage d'un signal 51 d'une valeur négative à une valeur nulles 25 Cette variation du signal 51 est provoquée par un amplificateur-interrupteur 50, en réponse au passage du signal 30 d'une valeur positive à une valeur nulle, c'est-à-dire au passage du système d'un état d'accélération à un état stable. Inversement, lorsque le système passe d'un état stable à un état d'accélération, les 30 interrupteurs 52 à 55 s'ouvrent et l'intégrateur est ainsi rendu inactif. L'amplificateur 50 est agencé de façon à ne pas entrer en action si le signal 30 devient négatif, comme c'est le cas au cours d'une décélération contrôlée. En se référant aux signaux 47, 48 et 49, on précisera 35 que le signal 47 est le signal qui détermine le taux de base des variations du signal 41. Le signal 47 est positif, et son conducteur est connecté à l'amplificateur 45 de façon que, lorsque l'intégrateur est inactif, le sens de la variation du signal 41 soit positif. Au cours d'une accélération, et si le moteur peut réelle-40 ment prendre une vitesse correspondant à la vitesse définie par 71 362H 5 2110304 le signal 41, le signal 28 tend à devenir égal au signal 41, et le signal 43 tend vers zéro. En pratique, il est donné au signal 43 une valeur moyenne légèrement positive. Le signal 49 est utilisé pour modifier le taux de base 5 desdites variations lorsque les conditions de marche sont celles d'une décélération non contrôlée. Gomme représenté, le signal 49 est dérivé du signal 43 après passage dans un inverseur 57. Les connexions des conducteurs des signaux 47 et 49 sont telles que le signal 49 est soustrait du signal 47, et que le taux de varia-10 tion du signal 41 est rendu corrélativement moins positif. Au cours d'une décélération non contrôlée, le signal 28 tend à tomber au-dessous du signal 41, le signal 43 tend à devenir plus positif, le signal 49 tend à devenir plus négatif, la somme des signaux 47 et 49 tend à devenir moins positive, et le taux de 15 variation du signal 41 tend à devenir tel que, à tout instant le signal 41 tende à devenir égal au signal 28. Si, au cours de ce processus, le signal 41 devient plus négatif que le signal 28, le signal 43 devient alors négatif, le signal 49 positif, et le signal 41 positif à nouveau. En d'autres termes, le signal 41 20 suit la décroissance de la vitesse réelle du moteur, et maintient la conformité désirée et précitée. En l'abseence du signal 49, une décélération non contrôlée aurait pour résultat d'accroître la disparité entre les signaux 41 et 28 lorsque ce dernier décroîtrait. Par suite, le 25 signal 43 deviendrait de plus en plus positif, et le moteur serait alimenté en combustible à un débit trop élevé, même si sa vitesse n'avait- pas diminué. De plus, au réaltimage du moteur, 3a disparité entre les signaux 41 et 28 aurait pour résultat une accélération indûment forte, une instabilité de la boucle de contrôle de la 30 vitesse du moteur, et un pompage de celui-ci. De préférence, le signal 49 est prévu tel que son amplitude soit légèrement inférieure à celle du signal 43f pour que de petites variations sans importance du signal 28 ne tendent pas à abaisser le taux d'accroissement du signal 41, et pour que 35 le signal 43 conserve, malgré ces petites variations, sa valeur moyenne légèrement positive précitée. La petite résistance constituée par une diode 57 A est, dans le mode de réalisation de l'invention représenté, suffisantè pour réduire le signal 49 comme il convient à cet effet. Le taux de variation déterminé par le signal 47, et qui 71 36244 s 2110304 est réglable au moyen d'une résistance variable 58, correspond à un taux d'accélération de sécurité déterminé expérimentalement au niveau de la mer. Les corrections d'altitude qui doivent nécessairement être appliquées à ce taux d'accélération sont four-5 nies par le signal 48, appelé aussi "signal de correction d'altitude" et qui est élaboré par un réseau 60 (voir aussi Figure 3) appelé "correcteur d'altitude" tt En 1'absence de cette correction d'altitude, la réponse du moteur au signal 41 serait telle que, pour un débit constant 10 donné d'alimentation en combustible, la vitesse du moteur augmenterait avec l'altitude. Ainsi qu'on le voit sur la Figure 3, dans le réseau 60 de correction d'altitude une mesure de l'altitude est dérivée d'une comparaison entre le débit d'admission du combustible et la 15 vitesse du moteur, cette comparaison étant rendue indépendante de la température. Un signal 61 qui est le signal émis par un élément 62 sensible à la température logé dans l'entrée d'air du moteur 10, est envoyé dans un réseau 63 qui fournit un signal 64 égal à la racine carrée du signal 61, et les signaux 64 et 26 sont 20 combinés dans un réseau 65 qui calcule la quantité Bf/iPj, ïï étant le nombre de tours du moteur, et T la température de l'air à l'entrée, quantité représentée par un signal 66 qui.peut être envoyé par un interrupteur 67 dans" un générateur de fonction 68 réglé, de façon que son signal de sortie 68A définisse la valeur, corri-25 gée en température, du débit de combustible correspondant au signal 66 au niveau de la mer. le signal 16 de rétroaction de la position de la valve d'admission du combustible est divisé par le signal 64 dans un amplificateur 69 qui émet un signal 69A repré-' sentatif de la valeur réelle corrigée en température du débit du 30 combustible. Les signaux 68A et 69A sont combinés dans un amplificateur 70 qui émet un signal 71 égal au quotient des signaux 68A et 69A et qui, par suite constitue une mesure de l'altitude. Le signal 71 est préréglé à sa valeur correspondant à l'altitude zéro par un signal 72, et il est ensuite envoyé dans une mémoire 35 73 dont le signal de sortie constitue le signal 48. Du fait qu'il est désirable que le signal 71 ne soit dérivé que des signaux 16 et 28 correspondant à un état de marche stable, on prend des dispositions pour que ce signal 71 soit déconnecté de la mémoire 73 pendant les périodes de marche transitoires. A cet effet, le signal 21 qui représente l'erreur sur 71 36244 7 2110304 la demande de vitesse faite par le pilote, et un signal 84 d'accélération du moteur, sont envoyés dans un réseau correcteur 74 dont la sortie 75 est connectée à un interrupteur 76 de la mémoire 73 lorsque les signaux 21 et 84 sont supérieurs à zéro» Par 5 conséquent s'il existe une demande d'accélération, le signal de correction d'altitude 48 conserve pendant toute la période d'accélération la valeur qu'il avait pendait l'état de marche stable précédant la période d'accélération. Si l'accélération de la vitesse du moteur s'accompagne d'une montée de l'avion, le gain en 10 altitude n'est évidemment pas compensé, et l'accélération du moteur tend à devenir excessive» Mais, en général, la variation d'altitude qui se produit pendant le temps relativement court qui est nécessaire pour que le moteur accélère peut être considérée comme faible, et dès que le moteur atteint la vitesse désirée, la 15 correction d'altitude entre à nouveau en jeu et réduit le taux d'accélération pendant que la montée de l'avion se poursuit» Une situation différente s'établit en période de décélération, la diminution de la vitesse du moteur pouvant être relativement lente en raison de l'inertie et de l'effet de venti-20 lateur du rotor du moteur» Si une telle décélération lente est accompagnée d'une diminution sensible de l'altitude, il peut arriver que le système, qui met relativement longtemps pour attendre l'état de marche stable, mette aussi longtemps pour atteindre le point auquel la correction d'altitude entrera en jeu à nouveau. 25 Si alors une accélération est requise à la basse altitude atteinte, le taux d'accélération obtenu sera inférieur au taux d'accélération voulu, c'est-à-dire que le moteur ne pourra pas atteindre son maximum d'accélération possible. Pour éviter cet inconvénient, il est prévu un circuit 30 75' qui contrôle la décélération, et dont le fonctionnement est basé sur le fait qu'à la suite d'une diminution de l'alimentation en combustible de la vitesse du moteur.décroît suivant une exponentielle et, au bout d'uh certain temps, se fixe à une valeur O C = N - N', / N", dans laquelle lî est la vitesse initiale, IP la 35 dérivée première de cette vitesse, c'est-à-dire :3a décélération et N" la dérivée seconde de ladite vitesse, c'est-à-dire la dérivée première de la décélération. Bans le circuit 75', la valeur C est calculée à partir du'signal 66 par un premier différentiateur 76', et un amplificateur 77 d'élévation au carré qui 2 calculent le terme lî' , un deuxième différentiateur 78 qui 71 36244 8 2110304 calcule le terme lî", un amplificateur diviseur 79 qui calcule le quotient de ces deux termes et, finalement, un amplificateur de soustraction 80 qui soustrait le quotient obtenu du signal 66, et fournit ainsi un signal 81 représentatif représente la valeur du terme correspond à une décéléra tion. Ainsi après un mouvement de fermeture de la valve d'admi*-sion, et après que cet obturateur s'est immobilisé sur sa nouvel-15 le position, fait qui est perçu par le circuit 83, l'amplificateur 68 reçoit sur son entrée le signal 81 qui règle le taux d'accélération à une'valeur correspondant à la vitesse prévue pour le moteur, et la correction d'altitude peut être calculée par le réseau 68-69-70, bien que le moteur soit encore en cours 20 de décélération, c'est-à-dire bien que l'état de marche stable n'ait pas encore été pleinement atteint. On voit donc qu'une accélération positive ou négative peut être effectuée avec application de la correction d'altitude à tout instant après que l'obturateur de la valve d'admission s'est immobilisé, et ceci que 25 le moteur tourne ou non à vitesse constante. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 71 36244 9 2110304 BEVEKDICATIONS 1Turboréacteur utilisé en combinaison avec un appareillage de contrôle de l'accélération, cet appareillage étant caractérisé en ce qu'il comprend, un générateur qui fournit un signal de demande de vitesse ayant un accroissement prédéterminé en fonction du 5 temps une boucle de contrôle de la vitesse du moteur, agissant d'après le signal de demande de vitesse, et des moyens connectés de façon à agir sur le générateur pour réduire le taux d'accroissement dudit signal de demande de vitesse lorsque la vitesse du moteur a tendance à ne pas atteindre la valeur correspondant à 10 ce signal. 2.- Turboréacteur utilisé en combinaison avec un appareillage de contrôle de l'accélération, cet appareillage étant caractérisé en ce qu'il comprend un générateur qui fournit un signal de demande de vitesse dont le taux d'accroissement par rapport au temps est 15 prédéterminé, des moyens qui fournissent un signal de rétroaction représentatif de la vitesse réelle du moteur, des moyens qui calculent un signal d'erreur égal à la différence entre ledit signal de demande de vitesse et ledit signal de rétroaction, un élément de commande qui fait varier la vitesse du moteur en fonction de 20 ce signal d'erreur, et des moyens connectés au générateur et qui réduisent le taux d'accroissement de son signal en réponse au fait que le signal d'erreur varie dans le sens qui provoque l'augmentation de la vitesse du moteur. 3.- Combinaison selon la Revendication 2, caractérisée en ce 25 qu'elle comporte des moyens connectés au générateur et qui fournissent à celui-ci un signal d'entrée qui détermine ledit taux d'accroissement, en ce que le générateur comprend un élément qui incorpore ce signal d'entrée dans ledit signal de demanste, et en ce que, en vue d'effectuer ladite diminution du taux d'acctois-30 sement du signal de demande, les moyens précités qui effectuent la réduction de ce taux sont connectés de façon à faire varier ledit signal d'entrée. 4.- Combinaison selon la Revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, £ee Hoyens qui émettent un signal de demande de 35 vitesse arbitraire et réglable, une boucle de contrôle de la vitesse arbitraire et réglable, une boucle de contrôle de la vitesse du moteur qui établit la concordance entre cette vitesse et le dernier cité des signaux de demande de vitesse, des moyens qui 71 36244 10 2110304 rendent le générateur inopérant lorsque ladite "boucle est dans sa condition correspondant à une accélération, et vice versa, et des moyens agissant en réponse à celui des/ffgëaux de demande de vitesse qui est le plus faible, et qui exercent une régula-5 ±ion sur la vitesse du moteur en fonction de ce signal de demande de vitesse plus faible. 5.- Combinaison selon la Bevendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément qui agit en réponse au fait que le générateur a été rendu inopérant, et qui connecte alors le signal 10 de rétroaction de la vitesse de façon que ce signal constitue le signal de sortie du générateur, et vice versa 6.- Combinaison selon la Eevendieation 2, caractérisée en ce que ledit élément de commande comporte une valve qui règle le débit de combustible admis dans le moteur, et en ce qu'elle comporte en 15 outre des moyens qui forment un signal représentatif du débit de combustible réel et indépendant des conditions extérieures du moment, correspondant à la vitesse réelle du moteur, des moyens qui forment un signal définissant le débit d'admission du combustible indépendant des conditions extérieures du moment, et corres-20 pondant à une altitude de base, un dispositif qui calcule le quotient de ces deux derniers signaux et qui en forme un signal qui constitue une mesure de l'altitude, et des moyens qui connectent ces deux signaux avec le générateur en vue de . ■ faire varier le taux d'accroissement du signal de celui-ci en fonction de l'alti-25 tude.