Brevet FR3029570A1 — publié le 20160610

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE RÉGULATION D'UN MOTEUR EXPLOITANT UNE MESURE DE POUSSÉE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui de la commande de moteurs d'aéronef, et plus particulièrement celui de la régulation permettant notamment d'agir sur le débit de carburant amené à un moteur en fonction de la poussée souhaitée. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un mode de pilotage de moteurs d'aéronefs consiste à les piloter en régime. La régulation du moteur consiste ainsi à asservir le régime du moteur à un régime de consigne fonction de la poussée souhaitée par le pilote, par action sur le débit de carburant amené au moteur. Dans un moteur de type turbo-réacteur à plusieurs corps, par exemple avec un corps (compresseur et turbine) basse-pression et un corps haute pression, la grandeur de régime asservie peut être la vitesse de rotation, appelée N1, de l'arbre reliant la turbine basse-pression au compresseur basse-pression et à la soufflante. Cet asservissement repose sur un modèle reliant le régime à la poussée qui a été préalablement déterminé pour convenir à tout moteur d'une même famille. Or la relation entre régime et poussée peut être modifiée par différents paramètres, tels que le vieillissement du moteur, les opérations de maintenance qu'il a subi, ou encore l'effet des tolérances de fabrication et de montage. Ainsi, en pratique, le moteur réel ne correspond pas exactement au moteur « moyen » pour lequel le modèle a été calculé. Il en découle des incertitudes sur la relation liant régime et poussée qui nécessitent de tenir compte de contraintes de marges du moteur (marges de robustesse au vieillissement, marges de dispersion de moteur à moteur, marges d'encrassement, etc.). Il en résulte que si la régulation est optimisée de manière générale pour une famille de 3029570 2 moteurs, elle ne l'est pas pour chaque moteur. Or une régulation plus fine d'un moteur permettrait d'en réduire la consommation énergétique et l'usure. Une solution serait de modifier le modèle afin que les paramètres d'usure du moteur ainsi que les dispersions entre moteurs soient pris en compte. Cependant, cette 5 solution apparaît difficile à mettre en oeuvre, les paramètres étant nombreux et difficiles à modéliser. EXPOSÉ DE L'INVENTION Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention propose un dispositif de régulation du débit de carburant fourni à un moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il est 10 configuré pour élaborer une consigne de débit de carburant en fonction d'une consigne de poussée fournie par une manette de commandes de gaz et d'une mesure de poussée effective du moteur. Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce dispositif sont les suivants : 15 il comprend un calculateur de consigne de débit de carburant configuré pour élaborer ladite consigne de débit de carburant à partir de la consigne de poussée et de la mesure de la poussée effective du moteur ; il comprend un comparateur pour fournir un signal d'écart entre la consigne de poussée et la mesure de poussée effective, et le calculateur de consigne de débit de 20 carburant élabore ladite consigne de débit de carburant à partir dudit signal d'écart ; il comprend un calculateur de consigne de régime configuré pour élaborer une consigne de régime du moteur à partir de la consigne de poussée et de la mesure de poussée effective, et un circuit calculateur de consigne de débit de carburant configuré pour élaborer ladite consigne de débit de carburant à partir de la consigne 25 de régime du moteur et d'une mesure du régime effectif du moteur. L'invention porte également sur un système de commande d'un moteur d'aéronef, comprenant un dispositif de régulation selon l'invention et un dispositif de mesure de poussée effective du moteur, par exemple via une mesure de déformation d'un 3029570 3 dispositif de reprise des efforts de poussée interposé entre le moteur et l'aéronef, fournissant ladite mesure de poussée effective du moteur au dispositif de régulation. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma d'un système de commande conforme à un premier 10 mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un schéma d'un système de commande conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention porte sur un dispositif de régulation du débit de carburant 15 fourni à un moteur d'aéronef pour atteindre la poussée désirée par le pilote de l'aéronef. En référence aux figures 1 et 2 qui illustrent deux modes de réalisation possibles d'un dispositif de régulation du débit de carburant selon l'invention, un tel dispositif de régulation 12, 22 reçoit une information de consigne de poussée P* fournie par une manette de commandes de gaz 1 manoeuvrée par le pilote (par exemple une 20 information exprimée sous la forme d'un angle de la manette des gaz), et élabore une consigne de débit de carburant Dc qui permet de commander un doseur associé au moteur M. L'invention porte également sur un système de commande 10, 20 incorporant le dispositif de régulation 12, 22 et qui comporte par ailleurs un dispositif de 25 mesure 11, 21 de la poussée effective du moteur M. Cette mesure de poussée effective P est retournée au dispositif de régulation 12, 22, lequel est configuré pour élaborer la consigne de débit de carburant Dc en fonction de la consigne de poussée P* et de la mesure de poussée effective P. 3029570 4 Dans un premier mode de réalisation représentée sur la figure 1, le moteur est directement piloté en poussée. Ainsi, au lieu de venir asservir le régime du moteur à un régime de consigne fonction de la poussée souhaitée par le pilote, on vient dans le cadre de ce mode de réalisation asservir la poussée du moteur à la consigne de 5 poussée. Comme représenté sur la figure 1, le dispositif de régulation 12 du système de commande 10 comprend alors un calculateur de consigne de débit de carburant 13 configuré pour élaborer ladite consigne de débit de carburant Dc à partir de la consigne de poussée P* et de la mesure de la poussée effective P du moteur. 10 Le dispositif de régulation 12 peut notamment comprendre un comparateur 14 apte à fournir un signal d'écart AP entre la consigne de poussée P* et la mesure de poussée effective P. Le calculateur de consigne de débit de carburant 13 est alors configuré pour élaborer la consigne de débit de carburant Dc à partir dudit signal d'écart AP. 15 Là où un dispositif de régulation en régime de l'art antérieur exploite un signal d'écart entre consigne de régime et régime effectif pour élaborer la consigne de débit de carburant Dc, l'invention dans ce premier mode de réalisation, utilise les mêmes lois de régulation mais avec la poussée en lieu et place du régime. Ce premier mode de réalisation nécessite que le dispositif 11 de mesure de poussée réalise une mesure en continue et en 20 temps réel de la poussée effective P. Dans un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 2, le moteur est toujours piloté en régime, mais une boucle retour de la mesure de poussée effective est ajoutée qui permet de venir réaliser un recalage de la régulation en régime. Comme représenté sur la figure 2, le dispositif de régulation 22 comprend 25 un circuit calculateur de consigne de débit de carburant 27 configuré pour élaborer ladite consigne de débit de carburant Dc à partir de la consigne de régime du moteur N1* et d'une mesure du régime effectif du moteur N1 réalisée au moyen d'un capteur 26. Le circuit calculateur 27 peut notamment comprendre un comparateur 25 apte à fournir un signal d'écart AN1 entre la consigne de régime N1* et la mesure de régime effectif N1. Le circuit calculateur 27 comprend en outre un calculateur de consigne 3029570 5 de débit de carburant 24 configuré pour élaborer la consigne de débit de carburant Dc à partir dudit signal d'écart AN1. Le dispositif de régulation 22 comprend par ailleurs un calculateur de consigne de régime 23 configuré pour élaborer la consigne de régime du moteur N1* à 5 partir de la consigne de poussée P* et de la mesure de poussée effective P. Ce calculateur 23 exploite un modèle reliant la consigne de poussée P* à la consigne de régime du moteur N1*, la mesure de poussée effective P étant exploitée pour venir recaler ce modèle. Le modèle peut être un modèle théorique ou un modèle déterminé sur banc d'essai. Il peut être recalé d'un vol à l'autre pour tenir compte du vieillissement du moteur. 10 Ce deuxième mode de réalisation ne nécessite pas que le dispositif 21 de mesure de poussée réalise une mesure en continue ou en temps réel de la poussée effective P. Des mesures ponctuelles de la poussée effective P peuvent en effet suffire pour apporter un facteur correctif au modèle. Le calculateur de consigne de régime 23 peut ainsi être configuré pour exploiter des mesures ponctuelles de la poussée effective P afin de 15 réaliser un recalage ponctuel du modèle reliant régime et poussée. Les mesures de poussée effective exploitées pour la correction de la consigne de régime N1* correspondent de préférence à des mesures peu dépendantes vis-à-vis du contexte extérieur, par exemple des mesures réalisées lorsque les attitudes de l'aéronef ne varient pas (plein gaz au sol, ou atterrissage après toucher des roues). 20 Ce deuxième mode de réalisation présente l'avantage de ce que seul un facteur correctif sur la régulation en régime et la relation poussée-régime est réalisé, les grands principes de la régulation restant inchangés. D'autre part, seule une acquisition de quelques mesures ponctuelles par vol est nécessaire. En outre, ce deuxième mode de réalisation est robuste vis-à-vis de perturbations qui pourraient entraîner la perte 25 temporaire de l'information de poussée effective mesurée par le dispositif 21 de mesure de poussée. En effet, l'action de recalage n'étant pas continue mais ponctuelle, on limite le risque de perte d'information. Par ailleurs, en cas de non-disponibilité d'une mesure ponctuelle, le recalage peut être réalisé avec la précédente mesure de poussée effective ou peut également ne pas être réalisé de sorte que la régulation est alors mise en oeuvre 3029570 6 conformément au fonctionnement habituel. La sécurité de l'aéronef n'est donc pas affectée par la perte temporaire de l'information de poussée effective. Dans l'un et l'autre des modes de réalisation précédemment décrits, le dispositif de régulation 12, 22 peut en outre comprendre un module de normalisation (non 5 représenté) des mesures du dispositif de mesure de poussée effective du moteur 11, 21 configuré pour supprimer la dépendance desdites mesures vis-à-vis du contexte extérieur. Les mesures brutes de poussée effective réalisées en vol sont en effet influencées par les conditions d'acquisition (pilotage, météo, trajet, état du moteur, etc.), et il est préférable de les normaliser pour extraire l'information utile. A titre d'exemple de 10 méthode de normalisation pouvant être mise en oeuvre dans le cadre de l'invention, on peut notamment se référer au brevet EP 2 376 988 B1. Les attitudes avion issues d'une centrale inertielle peuvent notamment être utilisées en tant que données représentatives du contexte extérieur. Dans l'un et l'autre des modes de réalisation précédemment décrits, le 15 dispositif de mesure de la poussée effective du moteur 11, 21 peut être configuré pour réaliser une mesure de déformation d'un dispositif de reprise des efforts de poussée interposé entre le moteur et l'aéronef. Un tel dispositif de reprise des efforts de poussée comporte typiquement au moins une bielle dont la déformation est fonction des efforts de traction/compression 20 qui passent dans celle-ci, efforts principalement dus à la poussée. Le dispositif de mesure de la poussée effective du moteur 11, 21 peut comprendre au moins un capteur de déformation agencé sur l'au moins une bielle, par exemple une jauge de contrainte, un dispositif à rondelles ressort dites « Belleville », un capteur à réseaux de Bragg. Le capteur de déformation peut être un capteur sans fil apte à retourner l'information de mesure de 25 poussée effective au dispositif de régulation 12, 22 sur une liaison de communication sans fil. L'invention n'est pas limitée au dispositif de régulation et au système de commande tel que décrit précédemment, mais s'étend également au moteur équipé d'un tel système de commande ainsi qu'au procédé de régulation mis en oeuvre par un tel 30 dispositif de régulation, et en particulier à un procédé comprenant les étapes : 3029570 7 - d'acquisition d'une mesure de poussée effective du moteur ; et - d'élaboration d'une consigne de débit de carburant Dc en fonction d'une consigne de poussée P* fournie par une manette de commandes de gaz 1 et de la mesure de poussée effective du moteur P. 5 L'invention porte également sur un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé de régulation ledit programme est exécuté sur un ordinateur. REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation (12, 22) du débit de carburant fourni à un moteur d'aéronef (M), caractérisé en ce qu'il est configuré pour élaborer une consigne de débit de carburant (Dc) en fonction d'une consigne de poussée (P*) fournie par une manette de commandes de gaz (1) et d'une mesure de poussée effective (P) du moteur. 2. Dispositif de régulation (12) selon la revendication 1, comprenant un calculateur de consigne de débit de carburant (13) configuré pour élaborer ladite consigne de débit de carburant (Dc) à partir de la consigne de poussée (P*) et de la mesure de la poussée effective (P) du moteur. 3. Dispositif de régulation (12) selon la revendication 2, comprenant un comparateur (14) pour fournir un signal d'écart (OP) entre la consigne de poussée (P*) et la mesure de poussée effective (P), et dans lequel le calculateur de consigne de débit de carburant (13) élabore ladite consigne de débit de carburant (Dc) à partir dudit signal d'écart. 4. Dispositif de régulation (22) selon la revendication 1, comprenant un calculateur de consigne de régime (23) configuré pour élaborer une consigne de régime du moteur (N1*) à partir de la consigne de poussée (P*) et de la mesure de poussée effective (P), et un circuit calculateur de consigne de débit de carburant (27) configuré pour élaborer ladite consigne de débit de carburant (Dc) à partir de la consigne de régime du moteur (N1*) et d'une mesure du régime effectif du moteur (N1). 5. Dispositif de régulation (22) selon la revendication 4, dans lequel le calculateur de consigne de régime (23) est configuré pour exploiter des mesures ponctuelles de poussée effective (P) afin de réaliser un recalage ponctuel d'un modèle reliant la consigne de poussée (P*) à la consigne de régime du moteur (N1*). 3029570 9 6. Dispositif de régulation (12, 22) selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant en outre un module de normalisation de la mesure de poussée effective du moteur configuré pour supprimer la dépendance de ladite mesure vis-à-vis du contexte extérieur. 5 7. Dispositif de régulation (12, 22) selon la revendication 6, dans lequel le module de normalisation exploite des données d'attitude fournies par une centrale inertielle en tant que données représentatives du contexte extérieur. 10 8. Système (10, 20) de commande d'un moteur d'aéronef (M), comprenant un dispositif de régulation (12, 22) selon l'une des revendications 1 à 7 et un dispositif de mesure (11, 21) de poussée effective du moteur fournissant ladite mesure de poussée effective (P) du moteur au dispositif de régulation (12, 22). 15 9. Système (10, 20) selon la revendication 8, dans lequel le dispositif de mesure de la poussée effective du moteur (11, 21) est configuré pour réaliser une mesure de déformation d'un dispositif de reprise des efforts de poussée interposé entre le moteur et l'aéronef. 20 10. Système (10, 20) selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de reprise des efforts de poussée comporte au moins une bielle et dans lequel le dispositif de mesure de la poussée effective du moteur (11, 21) comporte au moins un capteur de déformation agencé sur l'au moins une bielle. 25 11. Moteur d'aéronef (M) équipé d'un système de commande selon l'une des revendications 8 à 10. 12. Procédé de régulation du débit de carburant fourni à un moteur d'aéronef (M), comprenant les étapes : 30 - d'acquisition d'une mesure de poussée effective du moteur ; et 3029570 10 d'élaboration d'une consigne de débit de carburant (Dc) en fonction d'une consigne de poussée (P*) fournie par une manette de commandes de gaz (1) et de la mesure de poussée effective du moteur (P). 5 13. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 12 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.