Brevet FR2563009A1 — publié le 19851018

La présente invention concerne les appareils de con- trôle de carburant et plus précisément des appareils destinés à être utilisés dans les aéronefs et à vérifier avant décol- lage la nature particulière du carburant embarqué et au con- trôle de l'état réel du carburant contenu dans le réservoir ou les réservoirs de carburant de l'aéronef en cours de vol. Divers carburants pour aéronef sont disponibles, notamment les carburants Avgas (essence), Avtag (essence à large coupe), Avtur (paraffinique) et Avcat (fuel oil de chaudière), et en conséquence il est très important de s'assu- rer que le carburant de type convenable est fourni à l'aéronef concerné, et non des mélanges de carburants ou d'autres liqui- des (comprenant de l'eau), car de sérieux problèmes de moteur peuvent se poser lors du décollage ou après. De sérieux pro- blèmes peuvent aussi se poser lors du décollage et en cours de vol lorsque le pourcentage d'air contenu par le carburant de l'aéronef dépasse certaines limites. De tels problèmes se posent en particulier lorsque l'aéronef s'élève et lorsque le carburant est à l'état non perturbé. Dans ces conditions, la pression ambiante, lorsqu'elle diminue, provoque une aug- mentation du volume de l'air contenu dans le carburant si bien que celui-ci est sursaturé d'air et limite les possibi- lités de pompage, qui deviennent manifestes pour le pilote qui doit alors passer en palier ou réduire l'altitude de l'aéronef. Des restrictions analogues de pompage dues à la sursaturation par l'air peuvent aussi se présenter lorsque la température de certains fluides dépasse certaines valeurs particulières. La présente invention concerne un appareil de contrôle de carburant, destiné au contrôle de la nature du carburant et au pourcentage d'air contenu dans le carburant, ainsi qu'à la prise d'une action correctrice dans certains cas, l'appareil comprenant un dispositif d'aération et de séparation d'air du carburant transmis par un ou plusieurs réservoirs de l'aéronef, et un dispositif destiné à assurer la vaporisa- tion du carburant désaéré avant qu'il ne soit reliquéfié et renvoyé dans le ou les réservoirs. L'appareil de contrôle de carburant permet la détermination du pourcentage d'air contenu dans le carburant à partir du volume d'air séparé du carburant et de la tension de vapeur du carburant, et la tension de vapeur du carburant peut être déterminée à l'aide du dispositif assurant la vaporisation du carburant désaéré. Lors de la mise en oeuvre de l'invention, l'appareil comporte de préférence une chambre centrifuge de séparation d'air ayant des dispositifs à venturi à l'entrée et à la sortie, l'appareil étant disposé de manière que le carburant provenant d'un ou plusieurs réservoirs de l'aéronef soit pompé par un dispositif convenable de pompage vers le venturi d'entrée qui, étant donné la dépression qui y règne, libère l'air du carburant avant qu'il ne pénètre dans la chambre de séparation centrifuge d'air dans laquelle l'air séparé du carburant est retiré et évacué alors que le carburant pratiquement désaéré est transmis de la chambre de séparation au venturi de sortie qui crée une dépression permettant la détermination de la tension de vapeur du carburant désaéré. Le rendement de pompage des pompes de carburant des aéronefs diminue de façon considérable lorsque le rapport vapeur/liquide est élevé (c'est-àdire en cas de dégagement d'air) et/ou en présence d'une faible aspiration résultante (c'est-à-dire dans des conditions d'ébullition, dépendant de la différence entre la pression ambiante dans le réservoir et la tension de vapeur du carburant). Il faut noter que ces conditions donnant un mauvais rendement de pompage dépen- dent de la nature particulière du carburant utilisé, de la température des carburants et du pourcentage d'air contenu dans le carburant ou de la solubilité de l'air. Ces facteurs peuvent être déterminés avant et après décollage de l'aéronef à partir de mesure de pression effectuées en divers points du circuit de contrôle de carburant selon l'invention, et à des températures mesurées. La nature particulière du carburant embarqué dans l'aéronef peut être déterminée par mesure de la température et de la tension de vapeur du carburant désaéré au centre du venturi de sortie. Le pourcentage d'air contenu dans le carburant à la température mesurée peut être déterminé soit d'après la pression de l'air avant l'évacuation de la chambre de séparation centrifuge soit à partir de la pression du carburant aéré au centre du venturi d'entrée, afin qu'une double vérification de la nature du carburant embarqué soit réalisée et qu'il ne soie pas possible que le réservoir de carburant puisse contenir de l'eau qui a une tension de vapeur analogue à celle du carburant Avtag, à certaines tem- pératures. Comme la caractéristique de variation de l'air contenu en fonction de la température est très différente dans le cas de l'eau et dans le cas du carburant Avtag, l'iden- tification positive nécessaire du carburant Avtag peut être effectuée. Les carburants pour aéronefs contiennent de l'air en solution (par exemple le carburant Avtur contient environ % d'air dans des conditions normales) et, en conséquence, lorsque l'aéronef a une altitude qui augmente, l'air contenu dans le carburant a un volume qui augmente et le carburant se sursature d'air à moins qu'il ne soit perturbé au point que l'air soit dégagé progressivement du carburant. La sursa- turation du carburant par l'air peut aussi se produire lors- que la température du carburant concerné augmente au-delà d'une certaine valeur. Dans des conditions de sursaturation d'air, la pompe ou les pompes de carburant qui transmettent le carburant aux moteurs de l'aéronef deviennent inefficaces. Le pourcentage d'air contenu dans le carburant peut être contrôlé de façon continue au cours du vol de l'aéronef par mesure de la pression de l'air séparé avant qu'il ne soit évacué de la chambre de séparation indiquée précédemment, afin que ces possibilités soient supprimées ou qu'elles soient corrigées. Lorsque la pression mesurée de l'air, à la tempé- rature mesurée, dépasse une valeur qui indique la présence d'un pourcentage trop élevé d'air dans le carburant, un signal d'avertissement peut être transmis au tableau de bord du pilote par le circuit de mesure de la pression d'air, si bien que le pilote peut alors prendre les mesures nécessaires (par exemple réduire l'altitude ou éventuellement mettre en route d'autre pompes de carburant). On peut indiquer que le pourcentage d'air contenu dans le carburant concerné peut aussi être réduit, pendant une augmentation d'altitude ou lorsque la température du carburant est trop élevée, par agitation ou perturbation convenable du carburant. A cet effet, le carburant désaéré évacué par le venturi de sortie de l'appareil de contrôle peut être renvoyé dans le réservoir de manière qu'il y crée une agitation suffisante du carburant pour que l'air de celui- ci soit progressivement dégagé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de I'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures 1, 2 et 3 représentent les variations des tensions de vapeur de différents carburants et de l'eau en fonction de la température, la solubilité de l'air dans différents carburants et dans l'eau en fonction de la tempé- rature, et l'augmentation de la pression de pompage en fonc- tion du débit de pompage dans les pompes de carburant des aéronefs; la figure 4 est une coupe schématique d'un dispositif de contrôle de carburant comprenant une chambre centrifuge de séparation munie de venturis d'entrée et de sortie; et la figure 5 est un schéma du dispositif de contrôle. de carburant de la figure 4, suivant la flèche A. Comme indiqué précédemment, l'appareil de contrôle de carburant selon l'invention est essentiellement destiné à vérifier la nature du carburant ou d'un autre liquide contenu dans le réservoir ou les réservoirs d'un aéronef, avant le décollage. La figure 1 indique que, compte tenu de la variation de la tension de vapeur avec la température, les divers car- burants pour aéronef ont des caractéristiques de variation de la tension de vapeur en fonction de la température qui peuvent être très facilement distinguées et, en conséquence, la mesure de la tension de vapeur du carburant se trouvant dans le réservoir à une température mesurée permet l'iden- tification du carburant particulier. Cependant, il faut noter que la caractéristique de variation de la tension de vapeur avec la température, dans le cas de l'eau, recoupe la carac- téristique de variation de la tension minimale de vapeur en fonction de la température du carburant Avtag à la tempé- rature de 120 C. En conséquence, à cette température particu- lière, le liquide contenu dans le réservoir de carburant peut être identifié par erreur comme étant du carburant Avtag à la place d'eau. Ainsi, la solubilité de l'air en fonction de la température du liquide du réservoir peut être mesurée afin que la distinction entre l'eau et le carburant Avtag soit nette. Comme l'indique la figure 2 qui représente un graphique de la variation de la solubilité de l'air en fonc- tion de la température dans le cas des carburants d'aéronef Avtag et Avtur ainsi que de l'eau, on note que le carburant Avtag et l'eau ont des caractéristiques très séparées. En conséquence, la mesure de la solubilité de l'air ou du pour- centage d'air contena dans le liquide du réservoir évite toute possbilité de confusion entre le carburant Avtag et l'eau. La présente invention met en oeuvre un appareil de contrôle de carburant qui, comme indiqué sur les figures 4 et 5, comprend une chambre cylindrique de séparation cen- trifuge d'air 1 ayant un venturi 2 d'entrée et un venturi 3 de sortie, destinée à permettre ces mesures assurant la détermination de la nature du carburant. Le venturi d'entrée 1 comporte une buse 4 qui est raccordée par une canalisation de carburant (non représentée) à une pompe (non représentée) qui transmet le carburant du rë:;,e-rvoii de l'aéronef à la structure comprenant la chambre de séparation et les venturis. Le carburant reçu contient normalement 15 à 20 % d'air et il passe de la buse du venturi 1 au col rétréci 5. La vitesse du carburant est alors accrue et la pression du carburant réduite en conséquence (par exemple inférieure à une valeur de 1 bar) si bien que l'air dissous dans le carburant se dégage et aère le carburant se trouvant dans le col 5 du venturi. La pression du carburant est alors accrue très rapidement dans le diffuseur 6 du venturi, et, bien qu'une certaine réabsorption de l'air dans le carburant soit inévitable, le temps très court impliqué réduit au minimum cette réabsorption. Le carburant aéré pénètre dans la chambre centrifuge 1 de séparation avec une vitesse périphérique suffisante pour que l'air entraîné se sépare du carburant et soit évacué par le dispositif évent 7. Le carburant désaéré passe alors dans le col 8 du venturi 3 de sortie et subit une dépression qui provoque une vaporisation du carburant dans le col central 8 du venturi avant que la pression du carburant n'augmente à nouveau dans le diffuseur 11, avant évacuation. Le carburant évacué par le venturi 3 parvient par une canalisation de carburant (non représentée) au réservoir de carburant de l'aéronef et assure l'agitation du carburant, dans le but indiqué précédemment. L'air évacué par le dispo- sitif évent 7 peut être renvoyé dans le réservoir. La pression P3 au centre du venturi 3 est la tension de vapeur du carburant désaéré et un transducteur (non repré- senté) peut être utilisé pour la transformation de cette pression en un signal électrique qui peut être mesuré pour la détermination de la tension de vapeur. Cette valeur mesurée de la tension de vapeur peut alors être utilisée avec la température mesurée pour la détermination de la nature du carburant présent dans le réservoir ou les réservoirs avant décollage de l'aéronef (voir figure 1). La pression P2 de l'air dans la chambre de séparation, dépendant du pourcentage d'air contenu par le carburant, peut être mesurée à l'aide du transducteur et utilisée avec la température mesurée pour la détermination de la nature du carburant (voir figure 2) afin que la nature du carburant soit vérifiée doublement. Des signaux indiquant la nature du carburant embarqué peuvent alors être transmis au pilote ou ils peuvent être contrôlés par un processeur de commande de l'aéronef. Pendant le vol de l'aéronef, l'état du carburant embarqué peut être contrôlé de façon continue afin que le pourcentage d'air n'atteigne pas une valeur qui peut poser des problèmes de pompagede carburant comme indique précédem- ment. On note, comme l'indique la figure 3, que le rendement de pompage du carburant diminue très rapidement lorsque le rapport vapeur/liquide est élevé (dégagement d'air) et/ou lorsque l'aspiration positive résultante est faible (ébulli- tion). La première de ces conditions peut être due à une augmentation du pourcentage normal d'air contenu dans le carburant alors que la seconde condition est due à une augmen- tation de la tension de vapeur du carburant due au carburant ou à une température trop élevée de celui-ci. La pression P2 peut être mesurée afin qu'elle donne une indication du rapport vapeur/liquide (pourcentage d'air contenu) alors que la pression P3 et la pression ambiante du réservoir peu- vent être mesurées et utilisées pour la détermination de l'aspiration positive résultante, afin que ces diverses condi- tions soient contrôlées. Lorsque les mesures effectuées indi- quent que des problèmes de pompage peuvent se poser, des signaux d'avertissement peuvent être créés et transmis au pilote ou au processeur de commande qui déclenche une action correctrice convenable telle que la réduction de l'altitude de l'aéronef ou l'introduction dans le circuit de pompe supplé- mentaire de carburant. Bien que, dans le mode de réalisation particulier considéré, une chambre de séparation centrifuge d'air ayant des venturis d'entrée et de sortie ait été utilisée, d'autres dispositifs de contrôle des différents facteurs (tels que la tension de vapeur, le pourcentage d'air contenu) peuvent être utilisés, par exemple, un dispositif optique ou capacitif peut être utilisé pour la détermination du pourcentage d'air dans les carburants. 2563o09 REVENDICATIONS 1. Appareil de contrôle de carburant, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (1, 2) destiné à aérer le carburant et séparer l'air du carburant transmis par un ou plu- sieurs réservoirs d'un aércnef et un dispositif (3) destiné à assurer la vaporisation du carburant désaéré avant qu'il ne soit reliquéfié et renvoyé dans un ou plusieurs réser- voirs. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de séparation centrifuge (1) d'air ayant des venturis (2, 3) d'entrée et de sortie, l'appareil étant disposé de manière que le carburant prove- nant d'un ou plusieurs réservoirs de l'aéronef soit pompé par un dispositif convenable de l'appareil dans le venturi d'entrée (2) qui, étant donné la dépression qui y règne, dégage l'air du carburant avant qu'il ne pénètre dans la chambre de séparation centrifuge (1) dans laquelle l'air dégagé est séparé et évacué, alors que le carburant prati- quement désaéré passe de la -chambre de séparation (1) dans le venturi de sortie (3) qui crée une dépression permettant la détermination de la tension de vapeur du carburant dêsaéré. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure de la tempéra- ture et de la tension de vapeur du carburant désaéré, au centre du venturi de sortie (3). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de détermination du pour- centage d'air contenu dans le carburant à la température mesurée d'après la pression de l'air avant évacuation de la chambre centrifuge (1) ou d'après la pression du carburant désaéré au centre du venturi d'entrée (2). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à donner un signal d'avertissement au pilote de l'aéronef lorsque le pourcentage d'air contenu dans le carburant est trop élevé, afin que le pilote puisse prendre une action correctrice nécessaire destinée à éviter ou corriger la sursaturation du carburant par l'air. 6. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le carburant désaéré évacué par le venturi de sor- tie (3) est renvoyé dans un ou plusieurs réservoirs de car- burant afin qu'il assure l'agitation du carburant et permette ainsi le dégagement de l'air de ce dernier.