Brevet FR2483356A1 — publié le 19811204

La présente invention concerne les turbomachines et plus précisément un ensemble intégré comprenant un groupe mo- teur auxiliaire et un appareil de conditionnement pour aéronef et analogue. Dans les aéronefs importants, on utilise habituelle- ment un groupe moteur auxiliaire comprenant un moteur entraî- nant un compresseur destiné à fournir l'air comprimé néces- saire à un appareil de conditionnement d'air de l'aéronef, ou à l'entraînement des démarreurs à air des moteurs de l'aéronef. Dans les aéronefs pour passagers, on utilise aussi habituellement un appareil de conditionnement destiné au re- froidissement, au chauffage et à la pressurisation du compar- timent des passagers. Cet ensemble comporte une turbine qui peut être entraînée soit par l'air prélevé sur les moteurs de propulsion de l'aéronef, soit par l'air comprimé transmis par un moteur séparé (groupe moteur auxiliaire). Le moteur entraîne mécaniquement un compresseur destiné à transmettre un courant supplémentaire d'air à la turbine de l'appareil de conditionnement afin que le débit de ventilation de l'aéronef soit convenable et que le cycle de conditionnement ne consom- me qu'une faible quantité d'énergie. Le courant d'air pre- levé dans la turbine de l'appareil de conditionnement est aussi transmis à la cabine de l'aéronef, avec la température et la pression voulues. Jusqu'à présent, on a habituellement entraîné le compresseur de l'appareil de conditionnement à son débit maximal afin que le chauffage ou le refroidisse- ment soit limité, la température du courant fourni étant réglée par mélange réalisé dans une soupape de réglage de température. Dans les aéronefs importants de transport de passagers, on utilise couramment plusieurs appareils indé- pendants de conditionnement. Il apparait que, lorsque plusieurs ensembles indé- pendants de conditionnement sont utilisés,,un nombre corres- pondant de capteurs et de circuits de commande est nécessaire. Il faut aussi noter que, dans les systèmes connus, chaque compresseur d'un appareil de conditionnement doit toujours fonctionner à son débit maximal, quelle que soit la demande réelle, afin que toute une plage de demandes potentielles puisse être satisfaite. Il ne s'agit évidemment pas d'une caractéristique permettant une utilisation efficace de l'éner- gie. L'invention remédie aux inconvénients de la technique actuelle et concerne un ensemble remplissant les fonctions d'un groupe moteur auxiliaire et de plusieurs appareils de conditionnement de type connu, avec un rendement en énergie nettement accru, une complexité réduite, des coûts réduits de fonctionnement et d'entretien et un appareillage plus lé- ger et moins coûteux. L'invention met en oeuvre un groupe moteur auxiliai- re ayant un moteur et un compresseur à géométrie variable qui peut être entraîné par l'air prélevé dans les moteurs de propulsion de l'aéronef ou qui peut être relié par un em- brayage à roue libre afin qu'il soit entraîné par le moteur principal, ce compresseur étant couplé à l'arbre d'une tur- bine à émission contrôlée et coopérant avec le compresseur à la formation d'un appareil de conditionnement. Lorsque le compresseur est entraîné directement par le moteur princi- pal, il peut être utilisé à la fois par le groupe moteur auxiliaire et l'appareil de conditionnement. Dans une va- riante, lorsque l'aéronef est en vol, le compresseur peut être désaccouplé du groupe moteur par un embrayage à roue libre et il peut être entraîné par l'air prélevé, sur les moteurs de propulsion de l'aéronef afin qu'il alimente l'appareil de conditionnement. On note ainsi que le compresseur unique mis en oeuvre selon l'invention remplace deux compresseurs de l'appareillage connu. Cette disposition permet une réduction importante du poids et de la dimension qui accroît la char- ge payante ou réduit le matériel nécessaire pour une charge payante donnée. En outre, le compresseur à géométrie varia- ble a des ailettes de sortie qui peuvent être réglées afin qu'elles assurent le maintien à une pression pratiquement constante du courant transmis par la turbine si bien que le rendement peut être maintenu pratiquement à sa valeur maxi- maie. L'émission de la turbine peut être contrôlée par sé- paration du courant transmis, avec adaptation du courant au compresseur, afin que l'étranglement de pression soit réduit au minimum lors de la transmission de la turbine, si bien que la pression est presque constante sur une large plage de débits de fonctionnement. Une partie de l'air transmis par le compresseur peut aussi être utilisée par d'autres appareils que la turbine, par exemple pour l'entraînement d'un moteur de démarreur des moteurs de l'aéronef. En outre, cette disposition permet à l'appareil de conditionnement de fonctionner à vitesse constante, avec un rendement nominal proche de la valeur maximale, dans la plus grande partie de sa plage de fonctionnement. En conséquence, l'ensemble selon l'invention a un très bon rendement énergétique. L'invention concerne donc un procédé et un appa- reil remplissant les fonctions d'un groupe moteur auxiliaire et d'un appareil de conditionnement, l'ensemble étant peu encombrant, léger et d'installation et d'entretien peu coû- teux, tout en ayant un rendement énergétique élevé. L'invention concerne aussi la combinaison d'un groupe moteur auxiliaire et d'un appareil de conditionne- ment, fonctionnant à vitesse constante, avec un rendement nominal proche de la valeur maximale, dans une large plage de conditions de fonctionnement. L'invention concerne aussi un ensemble intégré formant groupe moteur auxiliaire et appareil de condition- nement pour aéronef, cet ensemble intégré comprenant un mo- teur principal, un compresseur à géométrie variable qui peut être commandé sélectivement par l'air prélevé sur le moteur de propulsion de l'aéronef ou qui peut être connecté par un embrayage à roue libre au moteur principal, une turbine à émission contrôlée dont l'arbre est couplé au compresseur et qui coopère avec celui-ci à la formation d'un appareil de conditionnement, et un dispositif destiné à dévier une partie du courant fourni par le compresseur afin qu'il per- mette l'utilisation sous forme d'un groupe moteur auxiliaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est un schéma d'un ensemble intégré formant groupe moteur auxiliai- re et appareil de conditionnement selon l'invention. Dans le mode de réalisation de l'invention repré- senté sur la figure, l'ensemble intégré formant groupe moteur auxiliaire et appareil de conditionnement, portant la réfé- rence générale 2,a un moteur principal 4 qui entraîne une transmission 6 et, par l'intermédiaire de celle-ci, divers appareils tels qu'une génératrice 8, un ventilateur 10 de refroidissement, une pompe 12 de carburant, une pompe 14 de lubrification et des embrayages 16 et 18 à roue libre. L'embrayage 16 est destiné à coopérer avec un démarreur 20 destiné à faire tourner le moteur principal 4, par l'inter- médiaire de la transmission 6, lors de la mise en route du moteur principal. L'embrayage 18 peut-entraîner un compres- seur 22 à géométrie variable et une turbine 24 à émission contrôlée qui sont montés sur un arbre commun 27 d'entraî- nement. Le compresseur 22 à géoémtrie variable a des ailet- tes de sortie de diffuseur qui sont réglables afin qu'elles modifient la section de passage du courant et la pression de l'air pénétrant dans le compresseur 22 ou en sortant. De cette manière, le compresseur 22 peut fonctionner à pres- sion presque constante et au voisinage de son rendement ma- ximal, avec une plus faible consommation d'énergie, le mo- teur principal 4 assurant l'entraînement minimal nécessaire ou, lorsque ce moteur 4 ne fonctionne pas, le compresseur 22 étant entraîné par une quantité minimale d'air prélevé sur les moteurs de l'aéronef (perte d'énergie du moteur) com- me indiqué par la référence 28 sur la figure. Le cas échéant, un jeu d'ailettes de guidage d'entrée du compresseur qui sont variables peut aussi être ajouté afin que la con- sommation d'énergie par l'appareil de conditionnement puisse encore être réduite. De tels compresseurs font partie du moteur d'aéronef "Lycoming" T55-Lll, fabriqué par AVCO Lycoming Corporation, Stratford, Connecticut, Etats-Unis d'Amérique et constituent des éléments de moteur mis au point par the National Aeronautics and Space Administration, Etats- Unis d'Amérique. La turbine 24 met en oeuvre des conduits réglables d'entrée pour cloisonner le courant d'air d'entrée dans la turbine, tout en maintenant une pression sensiblement constante afin que la turbine 24 fonctionne à son rendement maximal. De cette manière, l'émission de laturbine 24 peut être réglée afin qu'elle corresponde au débit du compres- seur 22, avec réduction au minimum de la chute de pression lors de la transmission à la turbine, la pression pouvant être maintenue presque constante sur une large plage de débits de fonctionnement. L'ensemble intégré selon l'inven- tion combine les caractéristiques d'économie d'énergie d'un appareil de conditionnement à recyclage qui a un rendement énergétique élevé, et un groupe auxiliaire à compresseur de charge sous forme d'un seul ensemble intégré qui peut être réglé afin qu'il consomme moins d'énergie qu'un appareil séparé de conditionnement et un groupe moteur auxiliaire séparé, pendant la mission de l'aéronef. Evidemment, la combinaison de l'appareil de conditionnement et du groupe auxiliaire permet la suppression d'un compresseur, avec des économies correspondantes de poids, d'encombrement, et de coat de montage et de fonctionnement. De plus, le couplage des arbres du compresseur et de la turbine donne un rende- ment de 98 % environ, alors que le couplage aérodynamique classique ne donne habituellement qu'un rendement de 80 %. Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATION Ensemble intégré formant groupe moteur auxiliaire et appareil de conditionnement, destiné à un véhicule ayant un moteur de propulsion, ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend un moteur principal (4), un compresseur à géométrie variable (22), un embrayage à roue libre (18) destiné à coupler le moteur principal (4) au compresseur (22) afin qu'il l'en- traîne, un dispositif (28) de transmission d'air prélevé au moteur de propulsion afin que le compresseur (22) soit entraîné lorsque le moteur principal (4) ne fonctionne pas, une turbine (24) à émission contrôlée, un arbre commun (26) d'entraînement couplant le compresseur et la turbine afin qu'ils tournent simultané- ment, et un dispositif destiné à utiliser indépendamment le courant du compresseur et celui-de la turbine.