Brevet FR2859761A1 — publié le 20050318

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un système de protection de moteur à turbine d'hélicoptère et de façon davantage particulière, la présente invention concerne un hélicoptère qui comporte un système de protection de moteur à turbine qui injecte de l'eau et/ou de l'alcool dans le moteur lorsqu'une condition de sur-contrainte est approchée. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Les hélicoptères du type comportant des moteurs à turbine incluent typiquement des moniteurs de température de sortie de turbine pour éviter des "démarrages à chaud". Par exemple, il est bien connu que pendant les quelques premières secondes d'une procédure de démarrage de moteur, la température de sortie de turbine augmentera à une vitesse rapide. II est également bien connu d'interrompre un démarrage si soit une température maximum telle que par exemple 927 C, soit une limitation de transition de 10 secondes au maximum entre 810 C et 927 C est près d'être excédée. Il est également bien connu de faire fonctionner les moteurs d'hélicoptère au-dessous de niveaux prédéterminés de température de sortie de turbine, de couple et de vitesse de moteur qui sont appelés ici limites de sur-contrainte. Un échec à réaliser un fonctionnement à l'intérieur de telles limites peut endommager de façon sérieuse un moteur et/ou peut conduire à une défaillance du moteur. Une approche pour démarrer une turbine à gaz du type utilisé pour générer de la puissance électrique est divulguée dans le brevet des Etats-Unis de Takehara et suivants de numéro 5 121 596. Comme divulgué ici, une turbine à gaz est démarrée tout en injectant une quantité prescrite d'humidité à l'intérieur d'une voie pour un gaz de combustion depuis le démarrage de la turbine à gaz et la quantité d'humidité est modifiée en fonction de la quantité d'alimentation en carburant ou de la température du gaz de combustion. De cette façon, la température de combustion dans le dispositif de combustion ou la vitesse de variation de température sur les surfaces de parties constitutives dans une voie de gaz est approximativement uniforme. 2859761 2 En outre, le brevet des Etats-Unis de Moore de numéro 4 619 110 divulgue un système d'avertissement ou de contrôle de moteur d'hélicoptère qui inclut des agencements pour détecter la température du moteur, la vitesse du moteur et le couple de sortie du moteur. Un avertissement audible est fourni, lequel peut varier lorsque les limites de sur-contrainte sont approchées. En outre, un agencement peut être prévu pour injecter de manière automatique de l'eau ou de l'alcool dans le moteur lorsqu'une condition de sur-contrainte est approchée. II est maintenant considéré qu'il peut exister une demande commerciale et un besoin pour un système de protection de moteur à turbine d'hélicoptère amélioré conformément à la présente invention. II devrait y avoir une demande commerciale et un besoin pour de tels procédés et systèmes qui soient utilisés pendant le démarrage d'un moteur à turbine d'hélicoptère afin d'éviter des "démarrages à chaud". Dans certains cas, le système évitera la nécessité d'interrompre le démarrage. En outre, les systèmes améliorés selon la présente invention sont également efficaces pour éviter une situation de sur-contrainte 20 pendant des opérations de vol. BREF RESUME DE L'INVENTION Par essence, la présente invention propose un système de protection vis-àvis d'un "démarrage à chaud" d'un moteur à turbine d'hélicoptère. Le système inclut un moyen pour sélectionner une première température présélectionnée qui est au-dessous d'une température critique pour la température de sortie de turbine et d'une plage de températures transitoires de 10 secondes. Un moyen tel qu'un thermocouple est prévu pour détecter la température de sortie de turbine du moteur. Le système inclut une source d'agent de refroidissement tel que de l'eau et/ou de l'alcool pour une injection dans le moteur à turbine, tel que par exemple dans une voie pour le gaz de combustion. Le moyen pour injecter de l'eau et/ou de l'alcool depuis la source dans le moteur lorsque la température de sortie de turbine excède la première température présélectionnée et un moyen 2859761 3 pour interrompre le démarrage si la température échoue à chuter au-dessous de la plage de températures transitoires de 10 secondes sont prévus. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le système inclut également un moyen pour détecter une condition de sur-contrainte pendant des opérations de vol et un moyen pour injecter de l'eau et/ou de l'alcool dans le moteur à turbine en réponse à une condition de sur- contrainte. Un mode de réalisation supplémentaire de l'invention envisage un système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte de moteur à turbine d'hélicoptère pour un hélicoptère et un moteur à turbine d'hélicoptère qui est monté dans l'hélicoptère. Un réservoir aéroporté pour contenir de l'eau et/ou de l'alcool est également monté dans l'hélicoptère comme l'est une entrée pour recevoir de l'eau et/ou de l'alcool en provenance d'une source au sol. Le système inclut également un moyen de stockage de données et un moyen qui entre un profil de température de sécurité pour démarrer le moteur à turbine. Le moyen pour mesurer le profil de température de moteur réelle pendant une procédure de démarrage et un moyen de comparaison pour produire un signal lorsque la température de moteur réelle excède le profil de température de moteur de sécurité sont également prévus. Le système selon ce mode de réalisation de la présente invention inclut également un moyen pour détecter au moins un paramètre de fonctionnement critique tel que la température du moteur, le couple de sortie et la vitesse du moteur pendant des opérations de vol. Une fonction clé selon ce mode de réalisation réside dans un moyen pour injecter de l'eau et/ou de l'alcool dans un moteur d'hélicoptère pendant une procédure de démarrage tout en maintenant le réservoir aéroporté plein d'eau et/ou d'alcool. En outre, le système inclut un moyen tel qu'un couplage à connexion/déconnexion rapides pour déconnecter l'alimentation en eau vis-à-vis de la source basée au sol après l'achèvement d'une procédure de démarrage et un moyen tel qu'une pompe pour injecter une quantité prédéterminée d'eau et/ou d'alcool 2859761 4 depuis le réservoir aéroporté dans le moteur à turbine en réponse à une condition de sur-contrainte pendant des opérations de vol. L'invention sera maintenant décrite en relation avec les dessins annexés sur lesquels des index ou symboles de référence identiques ont été utilisés pour identifier des parties identiques. DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en élévation de côté qui représente un hélicoptère qui comporte un système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte selon la présente invention; la figure 2 est une représentation schématique d'un moteur à turbine d'hélicoptère pour une utilisation au niveau de la mise en oeuvre pratique de la présente invention; la figure 3 est un schéma fonctionnel qui représente un procédé permettant d'éviter des "démarrages à chaud" selon un 15 mode de réalisation de la présente invention; et la figure 4 est un schéma fonctionnel qui représente un mode de réalisation supplémentaire de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION Comme représenté sur la figure 1, un hélicoptère 20 qui comporte un moteur à turbine 22 monté dedans inclut un système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le système est utilisé pour éviter des "démarrages à chaud", c'est-à-dire une température de moteur excessive qui pourrait endommager le moteur pendant un démarrage du moteur. Comme représenté sur la figure 1, l'hélicoptère 20 inclut également un réservoir 24 pour contenir une alimentation en eau et/ou en alcool. Le réservoir 24 est connecté en fonctionnement à un injecteur 26 qui est adapté pour injecter un agent de refroidissement de moteur tel que de l'eau et/ou de l'alcool dans le moteur lorsque la température du moteur excède une valeur prédéterminée ou lorsque la croissance de la température en fonction du temps excède une valeur présélectionnée. Le réservoir 24 est connecté à l'injecteur 26 2859761 5 au moyen d'un conduit 25. Une pompe 21 et une vanne 23 sont disposées le long du conduit 25 pour appliquer une quantité présélectionnée d'agent de refroidissement depuis le réservoir 24 sur l'injecteur 26. La quantité d'agent de refroidissement peut être modifiée en relation avec la circulation de carburant et d'autres paramètres. Selon un second mode de réalisation de l'invention, un couplage à déconnexion rapide 27 est prévu dans le conduit 25 entre le réservoir 24 et l'injecteur 26. Un moyen tel qu'un réservoir basé au sol 30 est adapté pour assurer une alimentation en agent de refroidissement pendant une procédure de démarrage. Selon une alternative, un couplage à déconnexion rapide 29 d'une conception classique peut être prévu dans le réservoir 24. Quel que soit le cas, de l'eau et/ou de l'alcool sont appliqués sur l'injecteur 26 pendant une procédure de démarrage tout en maintenant le réservoir aéroporté 24 plein d'agent de refroidissement. Un capteur 32 tel qu'un thermocouple est connecté à un ordinateur 34 pour mesurer la température de sortie de turbine du moteur. Alors, lorsque la température de sortie de turbine excède une valeur prédéterminée, l'ordinateur envoie un signal sur la pompe 21 et/ou sur la vanne 23 pour alimenter un volume d'agent de refroidissement sur l'injecteur 26. L'eau et/ou l'alcool refroidissent alors le moteur de manière suffisante pour poursuivre une procédure de démarrage de moteur. Dans des cas où la température de sortie de turbine n'est pas suffisamment réduite, la procédure de démarrage est interrompue à l'aide d'un quelconque moyen approprié qui n'est pas représenté. L'utilisation d'un réservoir basé au sol 30 pendant un démarrage réduit le poids de l'agent de refroidissement dans le réservoir 24 et permet une quantité suffisante d'agent de refroidissement pour une utilisation pendant des opérations de vol lorsqu'une température de non sécurité ou des paramètres critiques sont approchés ou excédés. La figure 2 est un schéma d'un moteur à turbine du type 2859761 6 typiquement utilisé pour alimenter des hélicoptères mais ce moteur inclut un capteur de température de sortie de turbine 32 et un injecteur 26 pour injecter de l'eau et/ou de l'alcool dans le flux de gaz pour refroidir le moteur et/ou augmenter la puissance. Comme représenté, de l'air est appliqué sur le moteur à turbine d'hélicoptère 22 par l'intermédiaire d'un conduit d'entrée 40 et est comprimé dans la section de compresseur 41. Du carburant est appliqué sur la chambre de combustion 42 qui s'étend de façon périphérique autour du moteur. Les gaz d'expansion sont appliqués sur la partie de turbine 44 qui entraîne le compresseur 41 puis pour alimenter la turbine 45 qui entraîne un arbre de puissance de sortie 44 pour alimenter l'hélicoptère par l'intermédiaire d'un train d'engrenages approprié 47. Un capteur de couple 48 d'une conception classique est prévu pour mesurer un couple réel pendant des opérations de vol. Un tachymètre 49 est également prévu pour indiquer la vitesse du moteur. En outre, un capteur de température 52 ou un thermocouple est prévu pour détecter des températures de sortie de turbine. La figure 3 représente un procédé permettant d'éviter des "démarrages à chaud" conformément à un mode de réalisation de l'invention. Selon une mise en oeuvre pratique classique, la température de sortie de turbine est surveillée pour éviter un "démarrage à chaud" qui pourrait sérieusement endommager un moteur. Par exemple, une procédure de démarrage pour un moteur spécifique est interrompue si soit la température maximum de 927 C, soit la limitation transitoire au maximum de 10 secondes entre 810 C et 927 C est près d'être excédée. Sous ces circonstances, le pilote enfonce le bouton de libération de ralenti de moteur, ferme l'étrangleur et continue à actionner le démarreur jusqu'à ce que la température de sortie de turbine chute au dessous de 810 C. Conformément à la présente invention, un démarrage 53 est initialisé comme prévu selon une procédure approuvée FAA. Cependant, au niveau d'une phase de création ou de façon davantage préférable, avant l'initiation d'une procédure de 2859761 7 démarrage, une température de sécurité ou un profil de température de sécurité est entré dans un ordinateur au niveau d'une étape 54. L'entrée d'un profil de température peut être utilisée de telle sorte qu'une action immédiate puisse être prise aussi tôt qu'une température réelle tombe à l'extérieur du profil. Il est également considéré que l'utilisation d'un profil de température peut être un paramètre plus efficace qui permet de mettre en oeuvre une action de remède avant que la température réelle s'approche d'une condition dangereuse. Après l'achèvement de la liste de contrôle ou check-list de pré-démarrage approuvée FFA, le moteur est mis en route au niveau d'une étape 55, le débit de carburant est établi au niveau d'une étape 56 et l'allumage du carburant est réalisé au niveau d'une étape 57. Au niveau d'une étape 58, la température de sortie de turbine est détectée et surveillée. Alors, si la température réelle n'excède pas la température de sécurité ou ne tombe pas à l'extérieur du profil de température, le moteur à turbine est démarré comme représenté au niveau d'une étape 60. Cependant, si la température réelle excède la température de sécurité au niveau d'une étape 59 ou tombe à l'extérieur du profil de température de sécurité, de l'eau, de l'alcool ou un mélange afférent est injecté dans le moteur au niveau d'une étape 61. Suite à l'injection d'eau et/ou d'alcool, la température réelle est surveillée au niveau d'une étape 62 jusqu'à ce que la température de sortie de turbine tombe au dessous d'une limite de température de sécurité telle que par exemple au dessous de 810 C ou tombe à nouveau dans le même profil de température de sécurité. Ensuite, au niveau d'une étape 63, si la température réelle est au dessous de la température de sécurité, c'est-à-dire si elle tombe à l'intérieur du profil de température de sécurité, la procédure de démarrage est terminée. Cependant, si, au niveau de l'étape 63, la température réelle échoue à tomber au dessous de la température de sécurité ou se situe à l'extérieur du profil de température de sécurité, la procédure de démarrage est interrompue au niveau d'une étape 64. Dans ces circonstances, le pilote presse le bouton de libération de 2859761 8 ralenti de moteur, ferme l'étrangleur et continue à faire marcher le moteur jusqu'à ce que la température chute au dessous de la limite de température de sécurité. II est important de reconnaître que sous des conditions ordinaires et sous un démarrage normal, ni de l'eau, ni de l'alcool ne sont injectés dans le flux gazeux pendant le démarrage du moteur. Un mode de réalisation supplémentaire de l'invention sera maintenant décrit par report à la figure 4. Comme représenté ici, la procédure de démarrage est essentiellement la même que représenté sur la figure 3. Cependant, comme représenté sur la figure 4, une étape 541 remplace l'étape 54 et inclut l'entrée d'autres paramètres critiques (CP). Par exemple, les autres paramètres peuvent inclure un couple et/ou une vitesse de moteur. La procédure de démarrage se poursuit ensuite jusqu'à ce qu'un démarrage ait été parachevé. Alors, si un réservoir d'eau basé au sol a été utilisé, il est déconnecté et des opérations de vol sont commencées. Pendant des opérations de vol, la température de sortie de turbine réelle et d'autres paramètres sont détectés au niveau de l'étape 68 et sont surveillés au niveau d'une étape 70. Aussi longtemps que la température réelle n'excède pas la température de sécurité ou que les paramètres réels n'excèdent pas les paramètres critiques au niveau de l'étape 72, le système revient à l'étape de surveillance comme représenté au niveau de l'étape 70. Cependant, si la température de sécurité ou les paramètres critiques sont dépassés, de l'eau et/ou de l'alcool sont injectés depuis le réservoir aéroporté dans le moteur comme indiqué au niveau d'une étape 74. Au niveau d'une étape 76, il est à nouveau déterminé si oui ou non la température de sécurité ou les paramètres critiques sont en train d'être dépassés. Si ce n'est pas le cas, le système réalise un cyclage en retour sur l'étape 70 et la température réelle et les paramètres réels sont surveillés. Cependant, si la température réelle ou les paramètres réels sont supérieurs à la température de sécurité ou aux paramètres critiques, une action de correction doit être immédiatement prise comme indiqué au niveau d'une étape 78. 2859761 9 Bien que l'invention ait été décrite en relation avec ses modes de réalisation préférés, il doit être reconnu que des modifications et variantes peuvent être apportées ici sans que l'on s'écarte du cadre des revendications. REVENDICATIONS 1. Système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte dans un hélicoptère (20) du type comprenant un moteur à turbine d'hélicoptère (22) monté dans l'hélicoptère, caractérisé en ce qu'il inclut: un moyen de stockage de données et un moyen pour entrer un profil de température de sécurité pour démarrer le moteur à turbine d'hélicoptère; un moyen pour mesurer la température réelle (32) pendant le démarrage du moteur à turbine d'hélicoptère (22) ; un moyen de comparaison (34) pour produire un signal lorsque la température de moteur réelle pendant un démarrage de moteur tombe à l'extérieur du profil de température de sécurité ; et une source d'eau et/ou d'alcool (24) et un moyen pour injecter une quantité prédéterminée d'eau et/ou d'alcool (21, 23, 26) dans le moteur à turbine (22) pendant la procédure de démarrage de moteur en réponse audit signal. 2. Système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte dans un hélicoptère selon la revendication 1, l'hélicoptère est caractérisé en ce qu'il inclut un réservoir d'eau (24) qui est disposé ou monté dans ledit hélicoptère (20). 3. Système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte dans un hélicoptère selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une source au sol d'eau et/ou d'alcool (30) procure de l'eau et/ou de l'alcool pour une injection dans le moteur. 4. Système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte dans un hélicoptère (20) du type comprenant un moteur à turbine d'hélicoptère (22) monté dans l'hélicoptère, caractérisé en ce que l'hélicoptère (20) comprend un réservoir aéroporté (24) pour contenir une alimentation en eau et/ou en alcool et une entrée pour recevoir une alimentation en eau et/ou en alcool depuis une source basée au sol (30), un moyen pour injecter (21, 23, 26) de l'eau et/ou de l'alcool dans le moteur à turbine d'hélicoptère (22) pendant une procédure de 2859761 11 démarrage tout en maintenant le réservoir aéroporté (24) plein d'eau ou d'alcool, un moyen pour déconnecter (27) l'alimentation en eau ou en alcool par rapport à la source basée au sol (30) suite à l'achèvement de la procédure de démarrage et un moyen pour injecter (21, 23, 26) de l'eau et/ou de l'alcool depuis le réservoir aéroporté (24) dans le moteur à turbine (22) en réponse à une sur-contrainte de moteur pendant des opérations de vol. 5. Procédé pour démarrer un moteur à turbine d'hélicoptère (22) et pour éviter une condition de sur-contrainte, caractérisé en ce 10 qu'il comprend les étapes de production d'un profil de température de sécurité (54) pour démarrer le moteur à turbine d'hélicoptère; mesure d'une température de sortie de turbine réelle (58) pendant un démarrage du moteur à turbine; comparaison de la température de sortie de turbine réelle et du profil de température de sécurité (59) ; et injection d'eau et/ou d'alcool dans le moteur à turbine d'hélicoptère (61) lorsque la température réelle tombe à l'extérieur du profil de température de sécurité. 6. Procédé pour protéger un moteur à turbine d'hélicoptère (22) vis-à-vis d'une sur-contrainte pendant des opérations de démarrage et de vol, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: fourniture d'un réservoir aéroporté (24) pour contenir une alimentation en eau et/ou en alcool et d'une entrée pour recevoir une alimentation en eau et/ou en alcool depuis une source basée au sol (30) , injection d'eau et/ou d'alcool dans le moteur à turbine d'hélicoptère (22) pendant une procédure de démarrage tout en maintenant le réservoir aéroporté (24) plein d'eau et/ou d'alcool; déconnexion de l'entrée vis-à-vis de la source d'eau basée au sol (30) après le démarrage de l'hélicoptère; injection d'eau et/ou d'alcool depuis le réservoir aéroporté (24) dans le moteur à turbine d'hélicoptère (22) en réponse à une 2859761 12 sur- contrainte de moteur pendant des opérations de vol. 7. Procédé pour protéger un moteur à turbine d'hélicoptère vis-à-vis d'une sur-contrainte pendant des opérations de démarrage et de vol selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il inclut l'étape de contrôle de la quantité d'eau et/ou d'alcool qui est injectée dans le moteur à turbine d'hélicoptère pendant la procédure de démarrage. 8. Procédé pour protéger un moteur à turbine d'hélicoptère vis-à-vis d'une sur-contrainte pendant des opérations de démarrage et de vol selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il inclut l'étape de contrôle de la quantité d'eau et/ou d'alcool qui est injectée dans le moteur à turbine d'hélicoptère pendant des opérations de vol. 9. Procédé pour protéger un moteur à turbine d'hélicoptère vis-à-vis d'une sur-contrainte pendant des opérations de démarrage et de vol selon la revendication 8, caractérisé en ce que de l'eau et/ou de l'alcool est injecté en réponse à une augmentation de la température de sortie de turbine. 10. Procédé pour protéger un moteur à turbine d'hélicoptère vis-à-vis d'une sur-contrainte pendant des opérations de démarrage et de vol selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il inclut l'étape de dérivation du réservoir aéroporté pendant une injection d'eau et/ou d'alcool pendant une procédure de démarrage. 11. Système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte de moteur à turbine d'hélicoptère, caractérisé en ce qu'il comprend: un hélicoptère (20) ; un moteur à turbine d'hélicoptère (22) qui est monté dans ledit hélicoptère (20) ; un réservoir aéroporté (24) pour contenir de l'eau et/ou de l'alcool, disposé à l'intérieur dudit hélicoptère (20), et une entrée pour recevoir de l'eau et/ou de l'alcool depuis une source d'eau et/ou d'alcool au sol (30) ; un moyen de stockage de données (34) et un moyen pour entrer un profil de température de sécurité (34) pour démarrer le moteur à turbine d'hélicoptère (22) ; 2859761 13 un moyen pour mesurer la température de moteur réelle (32) pendant le démarrage d'un moteur à turbine d'hélicoptère (22) ; un moyen pour détecter au moins un paramètre de fonctionnement critique (34) pendant des opérations de vol; un moyen de comparaison (34) pour produire un signal lorsque la température de moteur réelle tombe à l'extérieur du profil de température de moteur de sécurité pendant le démarrage du moteur; un moyen pour injecter de l'eau et/ou de l'alcool (21, 23, 26) dans le moteur d'hélicoptère (22) pendant une procédure de démarrage tout en maintenant ledit réservoir aéroporté (24) plein d'eau et/ou d'alcool; un moyen pour déconnecter l'alimentation en eau et/ou en alcool (27) vis-à-vis de la source basée au sol (30) après 15 l'achèvement de la procédure de démarrage; et un moyen pour injecter de l'eau et/ou de l'alcool (21, 23, 26) depuis ledit réservoir aéroporté (24) dans le moteur à turbine (22) en réponse à une sur- contrainte pendant des opérations de vol. 12. Système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte de moteur à turbine d'hélicoptère (22) selon la revendication 11 caractérisé en ce que ledit moyen d'injection (21, 23, 26) injecte de manière automatique de l'eau et/ou de l'alcool dans ledit moteur à turbine (22) en réponse à une sur-contrainte de moteur pendant des opérations de vol. 13. Système de protection vis-à-vis d'une sur-contrainte de moteur à turbine d'hélicoptère (22) selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite entrée est séparée dudit réservoir aéroporté (24). 14. Système d'empêchement de "démarrage à chaud" de 30 moteur à turbine d'hélicoptère (22), caractérisé en ce qu'il comprend: un hélicoptère (20) ; un moteur à turbine d'hélicoptère (22) qui est monté dans ledit hélicoptère (20) ; 2859761 14 un moyen pour sélectionner (541) une première température pré-sélectionnée et une plage de températures transitoires de 10 secondes; un moyen pour détecter une température de sortie (58) de 5 turbine dudit moteur; une source d'eau et/ou d'alcool (24; 30) pour une injection dans ledit moteur à turbine (22) ; un moyen pour injecter de l'eau et/ou de l'alcool (21, 23, 26) depuis ladite source dans ledit moteur (22) lorsque ladite température de sortie de turbine excède ladite première température pré-sélectionnée; et un moyen pour interrompre ladite procédure de démarrage (64) si la température de sortie de turbine échoue à tomber au dessous de la plage de températures transitoires de 10 secondes après l'injection d'eau et/ou d'alcool.