Brevet FR2971549A1 — publié le 20120817

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR DETERMINER LA CAPACITE D'UNE POMPE D'UN AERONEF A DELIVRER UN DEBIT DE CARBURANT PREDETERMINE. DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un procédé pour déterminer la capacité d'une pompe d'un aéronef, à délivrer un débit de carburant prédéterminé. L'invention propose plus particulièrement un procédé permettant de déterminer si la pompe haute pression est capable d'alimenter suffisamment la chambre de combustion d'une turbomachine de l'aéronef, pour permettre le redémarrage en vol de la turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans une turbomachine d'aéronef, le circuit d'alimentation en carburant comporte une pompe haute pression qui alimente la turbomachine en carburant sous un débit et une pression qui sont suffisants pour assurer diverses fonctions dans la turbomachine. Parmi les fonctions dans la turbomachine on cite notamment l'alimentation de la chambre de combustion et l'entraînement d'actionneurs des éléments mobiles à géométrie variable de la turbomachine. La pompe haute pression est entraînée par un des corps de la turbomachine, la vitesse de rotation de la pompe haute pression est donc proportionnelle à la vitesse de rotation de ce corps de la turbomachine. 2 Aussi, la valeur du débit de carburant pompé est proportionnelle à la vitesse de rotation de la pompe haute pression. Lorsque, en vol, la turbomachine a été arrêtée, elle ne propulse alors plus l'aéronef et elle est dans un état appelé d'autorotation, c'est-à-dire que la rotation de la turbomachine est uniquement la conséquence de l'écoulement relatif de l'air dans les aubes de compresseur et de turbine, en raison du déplacement de l'aéronef. Cette vitesse de rotation de la turbomachine en autorotation est très inférieure à la vitesse de rotation de la turbomachine lorsqu'elle est en fonctionnement. Par exemple, la vitesse d'autorotation de la turbomachine est d'environ 6% de la vitesse de rotation au décollage de la turbomachine. La pompe haute pression fournit par conséquent un débit et une pression de carburant limités, qui doivent cependant être suffisants pour assurer une alimentation des injecteurs permettant de redémarrer la turbomachine. La pompe haute pression est à l'origine conçue pour fournir un débit et une pression permettant de redémarrer la turbomachine dans de telles conditions. Cependant, l'usure de la pompe haute pression implique une diminution du débit au fur et à mesure de son utilisation. Par conséquent, à un certain degré d'usure, la pompe haute pression devient inapte à permettre de réaliser le redémarrage en vol de la turbomachine, il faut alors la remplacer. 3 Pour s'assurer que la turbomachine est toujours équipée d'une pompe haute pression en bon état de fonctionnement, il a été proposé de remplacer systématiquement la pompe haute pression, ou bien d'effectuer une opération de maintenance sur la pompe haute pression, après une période de temps de fonctionnement donnée, par exemple 12000 heures. Cependant, une telle solution ne permet pas de détecter d'usure prématurée de la pompe haute pression, et elle implique la mise au rebus de pompes qui sont encore en état de fonctionnement ou bien des coûts de maintenance sur les pompes ne nécessitant pas ces opérations de maintenance. Le document FR-2.923.871 décrit une méthode de surveillance de la pompe haute pression consistant à détecter à quelle vitesse de rotation de la turbomachine la pompe haute pression fournit une pression suffisante pour ouvrir une vanne de pressurisation. La vitesse de rotation de la turbomachine ainsi mesurée est alors comparée à une vitesse prédéterminée pour indiquer si la pompe haute pression est encore en état de fonctionnement ou non. Selon ce document, le diagnostic est réalisé à partir de la pression du carburant en sortie de la pompe haute pression, il n'y a aucune mesure quand au débit de carburant mais une évaluation de ce débit par extrapolation. Il est possible que le débit calculé de la pompe haute pression soit inférieur au débit réel en sortie de la pompe haute pression, du fait des fuites 4 de carburant dans le circuit haute pression, dont l'amplitude n'a pas été correctement évaluée. Il est aussi possible que l'extrapolation soit effectuée pour des conditions les plus défavorables et donc que la détérioration de la pompe soit surévaluée. L'invention a pour but de proposer un procédé pour déterminer la capacité de redémarrage en vol d'une pompe haute pression de turbomachine à partir du débit de carburant fourni par la pompe haute pression. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un procédé pour déterminer la capacité d'une pompe d'un aéronef à délivrer un débit de carburant prédéterminé, dans lequel la pompe est apte à alimenter une chambre de combustion d'une turbomachine de l'aéronef et un circuit de distribution de carburant vers une pluralité de vérins d'actionnement d'éléments mobiles de la turbomachine, et dans lequel ledit débit prédéterminé est un débit de carburant alimentant la chambre de combustion permettant de réaliser un redémarrage de la turbomachine après arrêt lorsque l'aéronef est en vol, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de mise en rotation de la pompe à une vitesse prédéterminée ; une étape d'alimentation consistant à 30 alimenter au moins un desdits vérins avec la totalité du carburant sortant de la pompe ; - une étape de détermination du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin, et - une étape de diagnostic qui consiste à déterminer que la pompe est apte à fournir un débit 5 suffisant en fonction de la valeur déterminée du débit alimentant ledit au moins un vérin. Le diagnostic établi à partir du débit de carburant alimentant le vérin permet de déterminer directement le débit pouvant alimenter la chambre de combustion, il y a donc un faible risque d'erreur et donc un meilleur diagnostic de la pompe. De préférence, l'étape de détermination du débit de carburant comporte une phase de mesure de la vitesse de déplacement dudit au moins un vérin et une phase de calcul du débit en fonction de la vitesse de déplacement et en fonction des dimensions dudit au moins un vérin. De préférence, l'étape de diagnostic consiste à déterminer que la pompe est apte à fournir un débit suffisant si la valeur déterminée du débit alimentant ledit au moins un vérin est au moins égale à la valeur de débit prédéterminé. De préférence, l'étape de mise en rotation de la pompe consiste à faire tourner la pompe à une vitesse de rotation sensiblement égale à une vitesse de rotation de la pompe lorsque la turbomachine est en autorotation. De préférence, l'étape de mise en rotation est mise en oeuvre par un démarreur électrique de la turbomachine. 6 De préférence, l'étape d'alimentation consiste à alimenter un seul vérin. De préférence, l'étape de mise en rotation de la pompe consiste à faire tourner la pompe à une vitesse de rotation supérieure à une vitesse de rotation de la pompe lorsque la turbomachine est en autorotation. De préférence, l'étape de mise en rotation est mise en oeuvre par un démarreur électrique de la 10 turbomachine. De préférence, l'étape d'alimentation consiste à alimenter plusieurs vérins. De préférence, le procédé est mis en oeuvre lorsque l'aéronef est à l'arrêt et est au sol et 15 l'étape de détermination du débit comporte une phase de correction de la valeur déterminée du débit alimentant ledit au moins un vérin en fonction des conditions ambiantes de pression et température au sol et des conditions de pression et température en altitude. 20 L'invention propose aussi un dispositif mettant en oeuvre un procédé tel que défini précédemment pour déterminer la capacité d'une pompe d'un aéronef à délivrer un débit de carburant prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens d'entraînement de la pompe jusqu'à une vitesse prédéterminée ; - des moyens de répartition du fluide en sortie de la pompe vers au moins un vérin de la turbomachine ; - des moyens de calcul du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin ; et 25 30 7 - des moyens de diagnostic qui déterminent si la pompe est apte à délivrer un débit de carburant prédéterminé en fonction du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin. De préférence, lesdits moyens de calcul du débit de carburant alimentant le vérin comportent des moyens de mesure de la vitesse de déplacement du vérin et des moyens de mesure de la position dudit au moins un vérin. De préférence, les moyens d'entraînement de la pompe consistent en un démarreur électrique de la turbomachine. De préférence, les moyens d'entraînement de la pompe comportent des moyens de régulation de la vitesse d'entraînement du démarreur électrique. De préférence, les moyens d'entraînement de la pompe consistent en un démarreur pneumatique de la turbomachine. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans une turbomachine d'aéronef, telle qu'un turbopropulseur d'avion, le carburant est utilisé lors de sa combustion, pour fournir l'énergie motrice de la turbomachine. Le carburant est aussi utilisé pour assurer d'autres fonctions telles que par exemple la lubrification ou l'actionnement de servo-mécanismes ou de vérins de la turbomachine. L'alimentation de la turbomachine en carburant, pour assurer toutes ces fonctions est réalisée par une pompe haute pression qui est elle même gavée en carburant par une pompe basse pression. 8 La pompe haute pression est entraînée en rotation par la turbomachine, de sorte que la vitesse de rotation de la pompe haute pression est proportionnelle à la vitesse de rotation de la turbomachine. Aussi, la pompe haute pression est réalisée de manière que la pression et le débit de carburant en sortie de la pompe haute pression sont proportionnels à la vitesse de rotation de la pompe haute pression, c'est-à-dire proportionnels à la vitesse de rotation de la turbomachine. Ainsi, plus la vitesse de rotation de la turbomachine est élevée, plus le débit et la pression du carburant sortant de la pompe haute pression sont importants. Les caractéristiques de la pompe haute pression sont déterminées de manière que la pompe haute pression est capable d'alimenter en carburant toutes les parties de la turbomachine, quelles que soient les conditions de fonctionnement de la turbomachine. En particulier, la pompe haute pression est dimensionnée pour assurer une fonction de redémarrage en vol, c'est-à-dire qu'elle est capable de produire un débit de carburant suffisamment important pour alimenter la chambre de combustion lorsque la turbomachine a été arrêtée, pour permettre le redémarrage de la turbomachine. Ce redémarrage en vol de la turbomachine s'effectue lorsqu'elle est en autorotation, c'est-à- dire que la turbomachine tourne sous l'action du vent relatif produit par le déplacement de l'aéronef. 9 De manière générale, la vitesse de rotation de la turbomachine est d'environ 6% de la vitesse de rotation maximale de la turbomachine au décollage de l'aéronef La vitesse de rotation de la turbomachine étant réduite, la vitesse de rotation de la pompe haute pression, et par conséquent le débit et la pression de carburant à sa sortie, sont eux aussi réduits. Il faut donc que la pompe haute pression soit capable de fournir un débit et une pression suffisamment importants, dans des conditions d'autorotation de la turbomachine, pour permettre le redémarrage en vol. Par ailleurs, la pompe haute pression s'use progressivement au fur et à mesure de son utilisation, ce qui entraîne une diminution progressive de la pression et du débit de carburant, pour chaque vitesse de rotation. Un procédé pour diagnostiquer la capacité de redémarrage de la pompe haute pression a pour but de déterminer si la pompe haute pression est apte ou non à fournir un débit et une pression de carburant suffisamment importants pour permettre le redémarrage en vol lorsque la turbomachine a été arrêtée et est en autorotation. Ce procédé est mis en oeuvre au sol, pour que le diagnostic soit effectué avant le décollage de l'appareil et pour que la pompe soit remplacée avant le décollage. Une première étape du procédé consiste à mettre en rotation la pompe haute pression jusqu'à une 10 vitesse prédéterminée, à laquelle vitesse de rotation le débit de carburant seront déterminés. Selon l'invention, cette étape du procédé est réalisée en entraînant la pompe haute pression par le démarreur de la turbomachine. Le démarreur de la turbomachine est soit un démarreur pneumatique, soit un démarreur électrique. Dans le cas d'un démarreur pneumatique, la vitesse à laquelle la pompe haute pression est entraînée est définie par la pression de l'air comprimé qui est disponible, ainsi que des caractéristiques du démarreur. Ainsi, la vitesse de rotation de la pompe haute pression est prédéfinie et est différente de la vitesse de rotation de la pompe haute pression lorsque la turbomachine est en autorotation. Généralement, cette vitesse de rotation de la pompe haute pression est supérieure à la vitesse de rotation lorsque la turbomachine est en autorotation. Dans le cas d'un démarreur électrique, il est possible de commander le démarreur pour faire tourner la pompe haute pression à la vitesse de rotation voulue, notamment la vitesse de rotation correspondant à la rotation de la turbomachine en autorotation. Une deuxième étape du procédé consiste à maintenir la vitesse de rotation de la pompe haute pression à la vitesse de rotation prédéfinie et à alimenter un ou plusieurs vérins de la turbomachine avec la totalité du carburant disponible en sortie de la pompe haute pression. 11 Pour cette deuxième étape, la vanne du circuit d'injection de carburant dans la chambre de combustion est fermée, de sorte qu'aucun carburant n'est injecté. Cela permet s'assurer que la totalité du carburant sortant de la pompe haute pression alimente ledit ou les vérins de la turbomachine et que cette quantité de carburant mesurée correspond à la quantité de carburant pouvant être injecté dans la chambre de combustion lors d'une phase de redémarrage en vol. Chaque vérin de la turbomachine peut être alimenté indépendamment des autres vérins par un système de distribution. Aussi, chaque vérin est associé à des capteurs pour la mesure et le contrôle de la position et/ou la vitesse de déplacement du vérin et les dimensions de la chambre de chaque vérin sont connues. Ainsi, il est possible de déterminer le volume interne de la chambre de chaque vérin en fonction de sa course. Une troisième étape du procédé consiste à déterminer le débit de carburant alimentant le vérin ou les vérins. Une première phase de l'étape de détermination du débit consiste à mesurer la vitesse de déplacement du vérin, ou des vérins, que la pompe haute pression alimente. Cette mesure de la vitesse de déplacement du vérin est réalisée par l'intermédiaire de capteurs de la position de la tige du vérin. Ensuite, une deuxième phase consiste à calculer le débit de carburant alimentant le vérin à partir de la vitesse de déplacement du vérin et en fonction des dimensions du vérin, notamment en fonction 12 du volume intérieur de la chambre du vérin, qui est déterminé en fonction de la position de la tige du vérin. Ce débit de carburant alimentant le ou les vérins correspond au débit de carburant pouvant alimenter la chambre de combustion car les fuites de carburant en aval de la pompe haute pression sont prises en compte. Comme on l'a dit précédemment, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au sol. Les conditions de pression et de température sont donc différentes des conditions en vol. Ainsi, une troisième phase de l'étape de détermination du débit de carburant alimentant le vérin consiste à déterminer le débit pouvant alimenter la chambre de combustion en phase de redémarrage par un calcul numérique à partir de conditions climatiques au sol et des conditions climatiques en vol. De préférence, ces conditions climatiques en vol sont celles pouvant être les plus défavorables. Dans le cas pour lequel la turbomachine comporte un démarreur du type pneumatique, la vitesse de rotation de la pompe haute pression pendant le procédé est supérieure à la vitesse de rotation lors de la phase de redémarrage. Ainsi, le débit alimentant les vérins est supérieur au débit lors de la phase de redémarrage. A cet effet, dans le cas pour lequel la vitesse de rotation de la pompe haute pression est supérieure à la vitesse de rotation en phase de redémarrage, l'étape de détermination du débit de 13 carburant alimentant le vérin consiste à calculer le débit pouvant alimenter la chambre de combustion en phase de redémarrage en tenant compte de la différence de vitesses de rotation. Dans le cas pour lequel la turbomachine comporte un démarreur électrique, la vitesse de rotation de la pompe haute pression pendant le procédé est la vitesse de rotation de la pompe haute pression lors de la phase de redémarrage. Ainsi, le débit pouvant alimenter la chambre de combustion en phase de redémarrage est le débit obtenu à l'issue de la correction Le procédé comporte aussi une étape de diagnostic qui consiste à déterminer si la pompe haute 15 pression est apte à fournir un débit suffisant pour réaliser un redémarrage en vol de la turbomachine en comparant la valeur du débit de carburant alimentant le vérin, qui est obtenue à l'issue de la quatrième étape à une valeur de seuil du débit de carburant. Cette valeur de seuil du débit de carburant est la valeur minimale pour laquelle on considère que la chambre de combustion est suffisamment alimentée en carburant pour le redémarrage en vol de la turbomachine. Si la valeur de débit obtenue à l'issue de la quatrième étape est inférieure à la valeur de seuil, cela signifie que la pompe haute pression n'a pas la capacité de fournir suffisamment de carburant pour le redémarrage en vol, une alerte est donc émise pour 30 qu'elle soit remplacée. 10 20 25 14 Par contre, si la valeur de débit obtenue à l'issue de la quatrième étape est supérieure ou égale à la valeur de seuil, cela signifie que la pompe haute pression est capable de fournir suffisamment de carburant pour le redémarrage en vol, la pompe haute pression est encore en état de fonctionnement, elle ne sera donc pas remplacée et l'aéronef peut voler en toute sécurité du point de vue de la capacité de la pompe haute pression. Un tel procédé est mis en oeuvre par un dispositif comportant des moyens d'entraînement de la pompe haute pression jusqu'à la vitesse prédéterminée. Comme on l'a dit précédemment, dans un premier cas, ces moyens d'entraînement consistent en un démarreur électrique de la turbomachine. La vitesse de rotation de la pompe haute pression pendant le procédé est alors la vitesse de rotation de la pompe haute pression lors de la phase de redémarrage. Des moyens de commande du démarreur sont prévus pour réguler sa vitesse de rotation afin d'obtenir la vitesse de rotation désirée de la pompe haute pression. Dans un deuxième cas, les moyens d'entraînement consistent en un démarreur pneumatique de la turbomachine. La vitesse à laquelle la pompe haute pression est entraînée est définie par la pression de l'air comprimé qui est disponible, ainsi que des caractéristiques du démarreur, et est différente de la vitesse de rotation de la pompe haute pression lorsque la turbomachine est en autorotation. 15 Le dispositif mettant en oeuvre le procédé comporte aussi des moyens de répartition du fluide en sortie de la pompe pour que l'ensemble du débit de carburant en sortie de la pompe haute pression soit dirigé uniquement vers au moins un vérin de la turbomachine. Le dispositif mettant en oeuvre le procédé comporte aussi des moyens de calcul du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin. Les moyens de calcul du débit de carburant alimentant le vérin comportent notamment des capteurs ou tous autres moyens de mesure de la vitesse de déplacement du vérin et de mesure de la position dudit au moins un vérin. Le dispositif mettant en oeuvre le procédé comporte aussi des moyens de diagnostic qui déterminent si la pompe est apte à délivrer un débit de carburant prédéterminé en fonction du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin. Comme on l'a dit précédemment, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au sol. Les conditions de pression et de température sont donc différentes des conditions en vol. Le dispositif selon le procédé comporte a cet effet des capteurs de la pression et de la température ambiantes et des moyens de calcul numérique pour corriger les valeurs de débit calculé précédemment, en fonction de conditions climatiques au sol et en vol.30 REVENDICATIONS1. Procédé pour déterminer la capacité d'une pompe d'un aéronef à délivrer un débit de carburant prédéterminé, dans lequel la pompe est apte à alimenter une chambre de combustion d'une turbomachine de l'aéronef et un circuit de distribution de carburant vers une pluralité de vérins d'actionnement d'éléments mobiles de la turbomachine, et dans lequel ledit débit prédéterminé est un débit de carburant alimentant la chambre de combustion permettant de réaliser un redémarrage de la turbomachine après arrêt lorsque l'aéronef est en vol, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de mise en rotation de la pompe à une vitesse prédéterminée ; une étape d'alimentation consistant à alimenter au moins un desdits vérins avec la totalité du carburant sortant de la pompe ; - une étape de détermination du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin, et - une étape de diagnostic qui consiste à déterminer que la pompe est apte à fournir un débit suffisant en fonction de la valeur déterminée du débit alimentant ledit au moins un vérin. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détermination du débit de carburant comporte une phase de mesure de la vitesse de déplacement dudit au moins un vérin et une phase de 17 calcul du débit en fonction de la vitesse de déplacement et en fonction des dimensions dudit au moins un vérin. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de diagnostic consiste à déterminer que la pompe est apte à fournir un débit suffisant si la valeur déterminée du débit alimentant ledit au moins un vérin est au moins égale à la valeur de débit prédéterminé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de mise en rotation de la pompe consiste à faire tourner la pompe à une vitesse de rotation sensiblement égale à une vitesse de rotation de la pompe lorsque la turbomachine est en autorotation. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mise en rotation est mise en oeuvre par un démarreur électrique de la turbomachine. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'étape d'alimentation consiste à alimenter un seul vérin. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de mise en rotation de la pompe consiste à faire tourner 18 la pompe à une vitesse de rotation supérieure à une vitesse de rotation de la pompe lorsque la turbomachine est en autorotation. 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mise en rotation est mise en oeuvre par un démarreur électrique de la turbomachine. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'étape d'alimentation consiste à alimenter plusieurs vérins. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lorsque l'aéronef est à l'arrêt et est au sol et en ce que l'étape de détermination du débit comporte une phase de correction de la valeur déterminée du débit alimentant ledit au moins un vérin en fonction des conditions ambiantes de pression et température au sol et des conditions de pression et température en altitude. 11. Dispositif mettant en oeuvre un procédé pour déterminer la capacité d'une pompe d'un aéronef à délivrer un débit de carburant prédéterminé, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens d'entraînement de la pompe jusqu'à une vitesse prédéterminée ; 19 - des moyens de répartition du fluide en sortie de la pompe vers au moins un vérin de la turbomachine ; - des moyens de calcul du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin ; et - des moyens de diagnostic qui déterminent si la pompe est apte à délivrer un débit de carburant prédéterminé en fonction du débit de carburant alimentant ledit au moins un vérin. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul du débit de carburant alimentant le vérin comportent des moyens de mesure de la vitesse de déplacement du vérin et des moyens de mesure de la position dudit au moins un vérin. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement de la pompe consistent en un démarreur électrique de la turbomachine. 14. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement de la pompe comportent des moyens de régulation de la vitesse d'entraînement du démarreur électrique. 15. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement de la 20 pompe consistent en un démarreur pneumatique de la turbomachine.5