Brevet FR2128326A1 — publié le 19721020

L'invention concerne un système d'entraînement qu'on peut utiliser comme source d'énergie de secours d'une source d'énergie hydraulique principale. Sur les aéronefs modernes, c'est une pratique courante de 5 disposer une source d'énergie "hydraulique comportant une pompe pour délivrer du fluide sous pression de manière à actionner divers systèmes auxiliaires comme des volets de bord d'attaque et des volets de bord de fuite. Il est habituel d'entraîner la pompe hydraulique au moyen d'une énergie tirée d'une manière 10 ou d'une autre des moteurs principaux de l'aéronef. Dans certains cas, par exemple, la pompe hydraulique est entraînée au moyen d'une turbine à air actionnée par de l'air provenant d'un dispositif d'alimentation en air associé aux turbo-réaeteurs. Avec cet agencement, on obtient un fonctionnement sûr de la pompe 15 aussi longtemps que les moteurs principaux fonctionnent de manière satisfaisante. En cas de panne des moteurs principaux, il est souhaitable de prévoir une source d'énergie hydraulique de secours pour actionner les surfaces portantes de manière suffisante pour qu'on puisse manoeuvrer l'aéronef et le faire 20 atterrir en gardant le contrôle de l'appareil, plutôt que de perdre toute possibilité de le gouverner. La présente invention concerne un système auxiliaire d'entraînement d'une pompe hydraulique pendant une période de temps limitée de manière à fournir du fluide sous pression pour un 25 atterrissage d'urgence. En particulier, l'invention fournit un système d'entraînement qui comprend : une roue de turbine rotative, une chambre de décomposition de combustible pour fournir un gaz chaud de manière à entraîner la turbine, un réservoir de combustible pour alimenter 30 en combustible la chambre de décomposition, une pompe pour envoyer du combustible du réservoir du combustible à la chambre de décomposition, une conduite d'entrée de combustible raccordant le réservoir de combustible à l'entrée de la pompe, une conduite d'évacuation mettant en communication la sortie de la 35 pompe et la chambre de décomposition, et un moyen ds pressurisation du réservoir de combustible pour envoyer du combustible à la pompe. Dans un mode préféré de 1'invention, un système constituant une source d'énergie hydraulique auxiliaire mettant en oeuvre la 40 présente invention comprend : une roue de turbine à gaz chaud 72 04828 2 2128326 raccordée de manière à entraîner uns pompe hydraulique, une chambre de décomposition de combustible produisant un gaz chaud d'entraînement de la turbine, un réservoir d'emmagasinement de combustible, une pompe destinée à délivrer du combustible du 5 réservoir à la chambre de décomposition, une conduite d'évacuation mettant en communication la sortie de la pompe et la chambre de décomposition, un moyen de pressurisation du réservoir pour envoyer du combustible vers l'entrée de la pompe, et un moyen utilisant la pression qui s'exerce sur le réservoii; lorsque la 10 pompe ne fonctionne pas,pour purger la conduite d'évacuation entre la pompe et la chambre de décomposition de manière à assurer que la décomposition du combustible chauffé sous pression a lieu dans la chambre de décomposition et que ce combustible n'est pas conservé dans la conduite d'évacuation dans des circonstances 15 qui pourraient entraîner une explosion intempestive en des lieux inapproprié s. Dans le système préférentiel illustré et décrit ici, le réservoir de combustible comprend un capot extérieur et une enveloppe intérieure contenant le combustible, et le système 20 de pressurisation utilise un gaz chaud extrait de te conduite entre la chambre de décomposition et la tuyère de la turbine à gaz chaud pour pressuriser le capot extérieur du réservoir de manière à déformer l'enveloppe intérieure et à envoyer le combustible vers la pompe. le 25 Comme on/montre dans le mode de réalisation préféré, la pompe à combustible est entraînée par;la turbine à gaz chaud, et un moyen formant soupape de régulation de débit disposé dans la conduite d'évacuation règle le débit du combustible admis dans la chambre de décomposition de manière à assurer un fonction-30 nement de la turbine à une vitesse pratiquement constante. Pour permettre de purger le système en non-fonctionnement, une conduite de purge raccorde la conduite d'évacuation à la conduite de pressurisation qui délivre le gaz de pressurisation au réservoir de combustible. Pendant le fonctionnement de la turbine et 35 de la pompe, un clapet disposé dans la conduite de purge isole la conduite d'évacuation de la conduite de pressurisation, mais, à l'arrêt, ce clapet laisse entrer la pression du réservoir de la conduite de pressurisation dans ^conduite d'évacuation pour envoyer le combustible du moyen formant soupape de régulation de 40 débit et de la conduite d'évacuation dans la chambre de 72 04828 3 2128326 décomposition. Un clapet disposé dans la conduite d'évacuation au voisinage de la sortie de la pompe s'ouvre normalement sous l'action de la pression de sortie de la pompe pendant le fonctionnement de la pompe, et se ferme normalement pendant l'opé-5 ration de purge de manière à ce qu'un gaz de purge soit dirigé à travers le moyen formant soupape de régulation jusqu'à la chambre de combustion. De plus, un clapet de retenue disposé dans la conduite de pressurisation est normalement: ouvert par le gaz chaud pendant le fonctionnement de la turbine de manière à 10 pressuriser le réservoir de combustible, et est normalement fermé par la pression du réservoir pendant l'opération de purge. Du fait de l'importance cruciale de la fiabilité de ce système destiné à sauver des vies et à préserver un aéronef coûteux, il est souhaitable qu'on puisse vérifier le système et s'assurer 15 du bon fonctionnement du plus grand nombre de composants possibles de temps à autre, car on ne doit pas oublier que le système peut rester en place dans un aéronef pendant de très nombreuses heures de fonctionnement sans qu'on se soit trouvé dans une situation d'urgence qui aurait nécessité la mise en oeuvre 20 du système auxiliaire. Pour cette raison, le système comporte une tuyère à gaz froid conçue pour diriger un fluide sur les ailettes de la turbine de manière à vérifier le fonctionnement de l'arbre de la turbine et du système d'engrenagesqu'il entraîne, ainsi qu'un raccord de débranchement rapide communiquant avec 25 la tuyère à gaz froid pour appliquer de façon adéquate une source externe de fluide sous pression, comme de l'azote comprimé d'un réservoir mobile. De plus, on a prévu un raccord de débranchement rapide communiquant avec la conduite d'évacuation entre la sortie de la pompe et le moyen formant soupape de régu-30 lation de débit pour faciliter l'application d'une source externe de fluide sous pression et vérifier le fonctionnement du moyen formant soupape de régulation de débit. De plus, la conduite d'entrée de la pompe comprend un raccord de débranchement rapide conçu pour communiquer avec l'atmosphère de manière à empêcher une 35 accumulation de pression pendant l'opération de vérification. Le dessin d'accompagnement est une illustration schématique d'un système formant source d'énergie hydraulique auxilaire. Si l'on se reporte maintenant au dessin illustrant le mode de réalisation préféré, une pompe hydraulique 10 est montée sur 40 une boîte de vitesses 11 et est conçue pour être entraînée par 72 04828 4 2128326 l'arbre de sortie de la boîte de vitesses qui est elle-même entraînée par un système d'engrenages approprié de manière à faire tourner la pompe d'évacuation. Pendant le fonctionnement normal de l'aéronef, lorsque les moteurs de propulsion principaux 5 fonctionnent convenablement, on peut obtenir de l'énergie sous une forme ou une autre des moteurs principaux pour l'appliquer à la boîte de vitesses de manière à entraîner la pompe hydraulique. Par exemple, on peut obtenir de l'air d'une source associée à un des turbo-réacteurs ou à plusieurs de manière 10 à entraîner une roue de turbine à air constituant le mécanisme d'entrée de la boîte de vitesses. En cas de panne des moteurs, lorsqu'on a besoin d'une énergie de secours pour faire atterrir l'aéronef en toute sécurité, on utilise, selon la présente invention, une roue de turbine à gaz chaud 12 disposée sur un 15 arbre 13 et raccordée à un système d'engrenages approprié d'une boîte de vitesses 11 de manière à faire tourner la pompe 10. La roue de turbine 12 comporte, à sa circonférence, un aubage d'action par écoulement axial convenable, et on dispose une tuyère 15 à gaz chaud de manière à diriger du gaz chaud 20 sur les ailettes pour faire tourner la roue. Le gaz brûlé est envoyé dans l'atmosphère hors de l'appareil par un système de décharge 17. Du gaz chaud est délivré à la tuyère 15 par une conduite 18 conduisant d'une chambre 20 conçue pour brûler ou décomposer un combustible approprié. Pour enflammer le combus-25 v.ible dans la chambre de décomposition 20, il peut y avoir un dispositif de démarrage ou plusieurs, associas à la chambre. Comme cela est représenté, il y a deux chambres 21 de démarrage conçues pour contenir un carburant solide qui peut être enflammé par des dispositifs d'allumage 22. Si la durée maximale 30 de fonctionnement du système auxiliaire se limite à un laps de temps de l'ordre de cinq minutes, il peut être nécessaire de n'utiliser qu'un seul dispositif de démarrage 21. D'autre part, si le dispositif est susceptible de fonctionner pendant de longues duréesde l'ordre de vingt minutes, il est souhaitable d'utiliser 35 plusieurs dispositifs de démarrage, parce qu'on peut concevoir que les moteurs principaux peuvent tomber en panne dans des circonstances nécessitant de mettre en marche le système, puis les moteurs principaux peuvent redémarrer, ce qui permet d'arrêter le système auxiliaire, et retomber en panne de nouveau ce qui 40 nécessite de faire démarrer le système auxiliaire de nouveau. 72 04828 5 2128326 Le combustible est emmagasiné dans un réservoir composé d'un capot protecteur extérieur 25 et d'une enveloppe ou d'un récipient intérieur contenant la réserve de carburant. Dans des conditions normales d'attente, l'enveloppe 26 remplie est fermée par des 5 rondelles d'éclatement étanches, 28 et 29, qui sont construites pour se rompre à l'application au combustible d'une pression convenable de l'ordre de 14,1 kgf/ciïi , par exemple. De manière à ce qu'il soit possible de pressuriser le capot extérieur 25 et de déformer l'enveloppe intérieure 26 pour envoyer du eom-10 hustible du réservoir vers la chambre de décomposition, le capot extérieur 25 comprend un raccord 31 pourvu d'une rondelle d'éclatement étanche 32 construite pour se rompre à l'application d'un fluide de pressurisation par une conduite 33. Pour délivrer le combustible du réservoir d'emmagasinement 26 15 à la chambre de décomposition 20, on peut employer une pompe centrifuge 35 entraînée par la roue dé turbine 12. Le combustible est délivré du réservoir à l'entrée de la pompe par l'intermédiaire d'une conduite d'entrée 37. Le combustible est dëlibré de la pompe à la chambre de décomposition par l'intermédiaire 20 d'une conduite de sortie 39, d'un moyen 40 formant soupape de régulation de débit et d'une conduite 41 conduisant du moyen formant soupape à la chambre 20 en passant par un clapet de retenue 42. Le moyen 40 formant soupape de régulation de débit comprend 25 .me soupape 45 de régulation de débit principale"ayant un orifice d'entrée 46 communiquant avec la conduite 39 et un orifice de sortie 48 communiquant avec la conduite 41. L'orifice d'entrée 46 et l'orifice de sortie 48 sont en relation d'intersection avec un élément de soupape logé dans l'alésage de soupape, qui possède 30 des extrémités opposées agrandies et une partie intermédiaire 50 réduite et est conçue pour faire communiquer les orifices 46 et 48 lorsque l'élément de soupape est dans la position illustrée. L'élément de soupape est poussé vers le haut et jusqu'à la position illustrée au moyen d'un ressort 52 exerçant son action sur 35 l'extrémité inférieure de l'élément de soupape à l'intérieur d'une chambre communiquant avec une conduite 54 qui conduit à la canalisation d'entrée 37. L'élément de soupape est construit pour être déplacé vers le bas jusqu'à une position où la portée supérieure coupe la communication entre l'alésage de soupape et 40 l'orifice de sortie 48, sous l'action d'une pression de fluide 72 04828 6 2128326 appliquée à l'extrémité supérieure de l'élément de soupape via une conduite 57 sous commande d'une soupape pilote 60. La soupape pilote 60 mesure la pression de fluide dans la conduite de sortie 39, et lorsque celle-ci s'élève suffisam-5 ment dans la conduite de sortie, un signal de pression est transmis par l'intermédiaire du passage 57 de manière à fermer la soupape 45. La soupape 60 comprend un alésage de soupape pourvu d'un orifice d'entrée 62 communiquant avec la conduite 39, et un orifice de sortie 63 communiquant avec la conduite 57. 10 Dans l'alésage de soupape, un élément de soupape comprend deux extrémités opposées agrandies et une partie intermédiaire 68 réduite normalement disposée pour faire communiquer l'orifice 63 avec un orifice d'échappement 69 conduisant par la conduite 70 à la conduite 54. L'élément de soupape de la soupape pilote est 15 poussé vers le haut jusqu'à la position illustrée, par un ressort 72 exerçant son action sur l'extrémité inférieure de l'élément de soupape à l'intérieur d'une charbre qui communique avec la conduite 54. En cours de fonctionnement, la soupape principale 45 est 20 soit ouverte, soit fermée, et est normalement maintenue daus la position ouverte représentée, par le ressort 52,lorsque la pression de fluide régnant dans la conduite de sortie 39 ne dépasse pas le. force du ressort de la soupape pilote 60. Lorsque la pression de la conduite 39 s'élève au-dessus d'une valeur prédéterminée, 25 l'élément de soupape de la soupape pilote se déplace vers le bas d—)Uis de la position représentée jusqu'à une position où l'orifice d'entrée 62 communique avec l'orifice de sortie 63, et où du fluide sous pression est envoyé par la conduite 57 jusqu'à l'extrémité supérieure de l'élément de soupape de la soupape 30 principale pour déplacer ce dernier jusqu'à une position fermée dans laquelle l'orifice d'entrée 46 communique avec un orifice d'échappement 75 raccordé au passage 54. La réduction de débit en direction de la chambre de décomposition et de la turbine a pour effet de réduira la vitesse de la pompe de combustible et 35 &s réduire ainsi la pression de fluide dans la conduite 39. Lorsque l'élément de soupape de la soupape pilote revient en Jcsition haute, la pression se relâche de l'extrémité supérieure de fi soupape de la soupape principale et ce dernier se déplace jusqu'à la position ouverte. De cette manière, on règle la vites-40 se de la turbine à une valeur pratiquement constante. BAD ORIGINAL 72 04828 7 2128326 Pour exercer une pression sur le combustible dans le réservoir d1emmagasinement, du gaz chaud est extrait par une conduite 33 depuis un point voisin de la tuyère 15 à gaz chaud à un emplacement où la pression convient pour pressuriser au niveau voulu le 5 réservoir de combustible. Par exemple, si la pression statique à l'entrée de la tuyère 15 est de l'ordre de 35,2 kgf/cm , un gaz de pressurisation peut être extrait en amont de la sortie 2 de la tuyère à un emplacement où elle est d'environ 14,1 kgf/cm . Pour mettre en marche ce système se trouvant antérieurement 10 en position d'attente, on excite électriquement un allumeur 22 pp.r l'intermédiaire d'un circuit (non représenté) qui fait démarrer la combustion du carburent solide dans la chambre 21. Les produits de combustion sous forme de gaz chauds passent dans la chambre de décomposition 20,puis dans la tuyère 15 à gaz 15 chaud pour démarrer 1'actionnement de la roue de turbine 12. La rotation de la roue de turbine a pour effet de déclencher 1'actionnement de la pompe 35 de manière à envoyer du combustible du réservoir d1emmagasinement à la chambre de décomposition dans le même temps que le combustible de la chambre de démarrage 21 20 est évacué. De tanière à commander l'écoulement du combustible passai du réservoir d*emmagasinement à la pon-pe à combustible, la conduite d'entrée 37 comporte de préférence une soupape tout-ou-risn 80 qui est normalement poussée par un ressort vers la position fermée illustrée et est conçue pour être déplacée vers 25 une position ouverte par un dispositif 81 à solénoîde destiné à être excité à distance par un circuit (non représenté) au moment où 1'rllcmeur 22 est excité. A l'arrêt du système, lorsque la soupape 80 se ferme en interrompant l'alimentation en combustible de la pompe 35, il 30 est souhaitable de purger les conduites entre la pompe et la chambre de décomposition de manière que le combustible soit envoyé de ces conduites dans la chambre de décomposition pour empêcher toute explosion irrégulière dans les conduites. En conséquence, une conduite de purge 82 est raccordée à la conduite 35 ce sortie 39 en amont du moyen formant soupape de régulation et conduit à la canalisation de pressurisation 33. La conduite 82 comporte un clapet de retenue 84 comprimé par un ressort, qui se ferme normalement sous l'action de la pression de sortie de la pompe pendant le fonctionnement de la pompe, mais qui est conçu 40 pour s'ouvrir sous l'action de la pression du réservoir à l'arrêt 72 04828 8 2128326 de la pompe de manière à ce que la pression de gaz régnant dans le capot extérieur 25 du réservoir soit utilisée pour purger la conduite 82, le moyen 40 formant soupape et la conduite 4i en envoyant le fluide dans la chambre de décomposition 20, où il 5 peut être dissipé dans des conditions régulières parfaites. Pendant le fonctionnement normal de la roue de turbine 12 et de la pompe 35, la pression de gaz chaud régnant dans la conduite 33 a pour effet d'ouvrir un clapet de retenue 86 disposé dans la conduite 33 de manière à envoyer un gaz de pressurisation 10 vers le réservoir d'emmagasinement. Pendant le non-fonctionnement, le clapet de retenue 86 se ferme sous l'action de la pression du réservoir, ce qui permet l'opération de purge. Pour isoler plus encore l'opération de purge, la conduite d'évacuation 39 comporte un clapet de retenue 88 au voisinage de la sortie de 15 la pompe, qui est normalement ouvert pendant le fonctionnement de la pompe et fermé pendant son non-fonctionnement. On comprendra que le fait que le système soit un appareil auxiliaire peut avoir pour effet qu'il reste pendant de longues durées en état d'attente sans qu'il fonctionne sous l'effet 20 qui entraîne la décomposition de combustible dans la chambre 20. Néanmoins, du fait de l'importance cruciale du bon fonctionnement du système, il est souhaitable qu'il puisse être vérifié de temps à autre et qu'on s'assure qu'il reste prêt à fonctionner en cas d'urgence. Par conséquent, des dispositions 25 ont été prises pour vérifier les différents composants du système par application d'une pression externe visant à tester le fonctionnement de la roue de turbine et des parties qu'elle fait tourner, annsi que du moyen formant soupape de régulation. Plus particulièrement, une tuyère 90 à gaz froid est associée 30 à la roue de turbine 12 de manière à diriger un gaz froid sur l'aubage de la turbine et à la faire fonctionner suffisamment pour qu'on puisse déterminer si les parties tournantes sont disponibles au cas où on en aurait besoin. La tuyère à gaz froid communique avec un raccord de débranchement rapide 92 de structure 35 classique, qui facilite l'application d'une source extérieure de pression,comme un réservoir d'azote comprimé. De plus, le moyen 40 formant soupape peut être vérifié grâce à un raccord de débranchement rapide 94 disposé sur une conduite 96 qui communique avec la conduite 39 de sortie de la 40 pompe. Le raccord 94 est, de la même façon, conçu pour recevoir 72 04828 9 2128326 l'application d'une pression extérieure comme celle qui peut être délivrée par un réservoir d'azote comprimé. Pour empêcher toute accumulation de pression dans la conduite d'entrée 37 pendant la vérification, on a prévu un raccord 98 communiquant avec la 5 conduite 37 de manière à raccorder cette dernière à l'atmosphère pendant la vérification. Pour permettre la vérification du fonctionnement de la soupape de régulation 45 principale, l'élément de soupape mobile peut être pourvu d'un rebord à son extrémité inférieure destiné à actionner un indicateur 99 10 représenté schématiquementen traits pointillés. Dans un système préférentiel, du gaz chaud est extrait sous une pression de 14,1 kgf/cm pour pressuriser le réservoir de combustible. En conséquence, la pression à l'entrée de la pompe â combustible est de l'ordre de 14,1 kgf/cm tandis que la 2 15 pompe développe une pression de l'ordre de 70,31 kgf/cm à sa sortie. Pour vérifier le bon fonctionnement du système, on peut 2 appliquer du gaz sous une pression d'environ 70,31 kgf/cm aux raccords 92 et 94. 72 04828 10 2128326 REVENDICATIONS 1. Système d'entraînement, caractérisé par le fait qu'il comprend : une roue de turbine rotative, une chambre de décomposition de combustible pour fournir un gaz chaud de manière à 5 entraîner la turbine, un réservoir de combustible pour alimenter en combustible la chambre de décomposition, une pompe pour envoyer du combustible du réservoir de combustible à la chambre de décomposition, une conduite d'entrée de combustible raccordant le réservoir de combustible à l'entrée de la pompe, une conduite 10 d'évacuation mettant en communication la sortie de la pompe et la chambre de décomposition,etunmcyen de pressurisation du réservoir de combustible pour envoyer du combustible à la pompe. 2. Système d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par une conduite de purge raccordant la conduite d'évacuation 15 au moyen de pressurisation du réservoir, et comportant un clapet de retenue conçu pour se fermer sous l'effet de la pression d'évacuation de la pompe en empêchant l'action du moyen de pressurisation, et pour s'ouvrir sous l'action du moyen de pressurisation à l'arrêt de la pompe. 20 3. Système d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par un clapet de retenue disposé dans la conduite d'évacuation de la pompe et conçu pour s'ouvrir sous 11effet de la pression d'évacuation de la pompe, et pour se fermer sous l'action du moyen de pressurisation pendant l'opération de purge après 25 l'arrêt de la pompe. 4. Système d'entraînement, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de pressurisation du réservoir de combustible comporte une conduite de pressurisation pour extraire du gaz chaud de la chambre de décomposition en amont de la roue 30 de turbine. 5. Système d'entraînement selon la revendication 4, caractérisé par un clapet disposé dans la conduite de pressurisation,qui est normalement ouvert pendant le fonctionnement de la pompe pour délivrer du gaz chaud de manière à pressuriser le réservoir, et 35 normalement fermé sous l'action du gaz de pressurisrtion rendant le non-fonctionnement de la pompe. 6. Système d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend : une pompe hydraulique ; un systèmë d'engrenages entraîné par la roue de turbine et raccordé de manière 40 à entraîner la pompe hydraulique ; une tuyère pour alimenter 72 04828 ii 2128326 en fluide sous pression la roue de turbine de manière à entraîner cette dernière et vérifier le fonctionnement de la turbine,du système d'engrenages et de la pompe hydraulique ; et un raccord de débranchement rapide communiquant avec la tuyère pour permettre 5 le raccordement d'une source de fluide sous pression. 7. Système d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la pompe de combustible est entraînée par la roue de turbine. 8. Système d'entraînement selon la revendication 3, caractérisé 10 par le fait qu'il comporte un moyen formant soupape de régulation de débit disposé cTans la conduite d'évacuation pour réguler le débit d'arrivée dans la chambre de décomposition, et un raccord de débranchement rapide communiquant avec la conduite de sortie de la pompe entre le clapet de retenue de la conduite de sortie 15 et le moyen formant soupape de régulation de débit de la conduite de sortie pour raccorder une source de fluide sous pression de manière à vérifier le fonctionnement du moyen formant soupape de régulation de débit. 9. Système d'entraînement selon la revendication 8, caractérisé 20 par un raccord de débranchement rapide en communication avec la conduite d'entrée de la pompe pour raccorder cette dernière à 1'atmosphère pendant la vérification du moyen formant soupape de régulation de débit. 1.0. Système d'entraînement selon la revendication 9, caractérisé 25 par une soupape tout-ou-rien disposée dans la conduite d'entrée de la pompe entre le raccord de débranchement rapide et le réservoir pour couper la communication entre le raccord de débranchement rapide et le réservoir pendant la vérification du moyen formant soupape de régulation de débit.