Brevet FR3087258A1 — publié le 20200417

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN AIR COMPRIME D'UN AERONEF ET SON PROCEDE D'UTILISATION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne notamment un dispositif d'alimentation en air comprimé d'un aéronef et son procédé d'utilisation. ETAT DE L'ART Une turbomachine d'aéronef comprend classiquement un moteur ou générateur de gaz comportant d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz dans la turbomachine, au moins un compresseur, une chambre de combustion, et au moins une turbine. Le moteur est alimenté en air par une manche d'entrée d'air et une tuyère permet d'évacuer les gaz de combustion sortant de la turbine du moteur. Il est connu de prélever de l'air du moteur, en particulier sur un compresseur, pour répondre à différents besoins : - la pressurisation d'enceintes de lubrification de paliers, - l'alimentation d'un système de conditionnement d'air de l'aéronef (ECS) en particulier pour la pressurisation de la cabine, - la décharge d'air par des vannes de décharge (HBV) pour l'opérabilité du 20 compresseur, - l'antigivrage de parties froides de la turbomachine, - le refroidissement d'éléments de la turbomachine, etc. Pour contrôler un moteur, il est nécessaire de connaitre les débits d'air prélevés car ceux-ci impactent l'opérabilité du moteur. Pour être 25 conservatif, il faut impérativement que le débit utilisé pour cette correction ne soit jamais surestimé, de manière à toujours se protéger contre un phénomène de pompage du moteur. La mesure de débit doit donc fournir le débit minimal prélevé en temps réel, c'est-à-dire à un instant t. Parallèlement, la tolérance en sous-estimation du débit impacte 30 directement la marge au dévissage et la capacité d'accélération qui sont des spécifications clés du moteur. 2 Le moteur est plus sensible pour les faibles régimes moteurs (proches ralenti). Les débits prélevés ont une forte variabilité en fonction des conditions et du point de vol. Une approche prédictive basée sur les tables avionneurs ne permet pas forcément de répondre au besoin de 5 précision (plage de débit à tolérer trop large, précision et fiabilité des données fournies par l'aéronef). Par ailleurs, les prélèvements pour les besoins de l'aéronef sont très variables. La problématique est donc de pouvoir mesurer avec précision des débits très variables. La mesure du débit d'un flux d'air peut être effectuée au moyen d'un 10 Venturi. Le principe du tube Venturi est d'accélérer les particules d'air au niveau d'un col (réduction de section) du tube. Par référence à la figure 1 qui montre un Venturi, l'équation de Bernouilli (sans perte de charge) s'écrit : 1 Pst-Pst = 2-p(V22 -V?) Avec Ps1 et Ps2, les pressions statiques respectivement en amont 15 du col, au niveau de l'entrée du Venturi, et au niveau du col du Venturi, p la masse volumique de l'air s'écoulant à travers le Venturi, et V1 et V2, respectivement les vitesses du flux d'air en amont du col et au niveau du col. Du fait de la conservation du débit massique, on obtient : Pst - Ps2 = - 2 1 pV2 - 1) 1 5? Avec S1 et S2, les sections de passage respectivement en amont du col et au niveau du col du Venturi. L'accroissement de la vitesse du flux d'air provoque une diminution de la pression statique au niveau du col. Plus le col est mince, plus la dépression est grande. Cependant, il existe une limite due aux pertes de charges (proportionnelles aussi à V22). On comprend de la dernière équation ci-dessus que la connaissance de la différence de pression AP (Ps1-Ps2) permet de calculer la vitesse du 3 flux d'air Vi et d'en déduire le débit du flux d'air puisque les autres paramètres (p, Si et S2) sont connus. Un venturi permet donc de mesurer avec précision un débit mais en général pour des vitesses d'un flux d'air pas trop élevées. 5 La problématique est complexe car on veut mesurer avec précision des débits très variés. Pour la précision, on a besoin d'un col mince et pour faire passer les forts débits, on a besoin d'un col pas trop fin (mais plutôt long). Les besoins de précision de mesure et de capacité de passage de débit sont ainsi antagonistes. 10 Le Venturi est associé à un capteur de mesure de différence de pression AP (Ps2-Ps1) qui a une précision qui dépend de la plage de mesure de 32. C'est une précision en pourcentage de la plage de valeurs mesurables. Le fait d'avoir un seul Venturi impose d'avoir une plage de AP relativement grande, ce qui dégrade la précision de la mesure. 15 L'invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose un dispositif d'alimentation en air comprimé d'un aéronef, comportant au moins une turbomachine configurée pour propulser 20 ledit aéronef et comportant au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine, ledit dispositif comportant : - un circuit d'air comprimé comportant des moyens de prélèvement d'air comprimé sur ledit au moins un compresseur et des moyens d'alimentation en air comprimé dudit aéronef, et 25 - un équipement de mesure d'une valeur du débit de flux d'air prélevé par lesdits moyens de prélèvement, à partir d'une valeur de différence de pression, cet équipement comportant : - un premier système de mesure de différence de pression, comprenant un Venturi et un capteur de mesure configuré pour mesurer une valeur de différence de pression entre un col et une 4 entrée du Venturi, cette valeur de différence de pression étant située dans une première plage de valeurs propre à ce premier système, caractérisé en ce que ledit équipement comprend en outre : - au moins un autre système de mesure de différence de pression 5 qui est monté en parallèle dudit premier système, et qui comprend chacun un Venturi et un capteur de mesure configuré pour mesurer une valeur de différence de pression entre un col et une entrée du Venturi, cette valeur de différence de pression étant située dans une autre plage de valeurs propre à cet autre système et qui est 10 différente de ladite première plage, - une vanne comportant une entrée raccordée auxdits moyens de prélèvement et une sortie apte à être raccordée à l'un des systèmes de mesure, et - un calculateur de commande de ladite vanne, qui est relié auxdits 15 systèmes de mesure et qui est configuré pour commander la vanne en fonction de la valeur de différence de pression mesurée à un instant t, de façon à ce que le système de mesure dont la plage de valeurs comprend la valeur mesurée soit raccordé à la vanne. L'invention est basée sur le postulat que les capteurs de pression 20 ont une précision qui dépend de leur plage de mesure de différence de pression. Plus la plage de mesure est grande et moins la mesure est précise. Un capteur ayant une plage de mesure étroite fournit donc une mesure plus précise qu'un capteur ayant une plage de mesure grande. L'invention propose ainsi d'utiliser deux ou plus systèmes de mesure 25 indépendants à la place d'un unique système de mesure. Chaque système de mesure est apte et conçu pour mesurer avec une bonne précision des valeurs de différence de pression dans une plage de mesure prédéterminée. Avantageusement, les plages de mesure des systèmes de mesure sont différentes et, avantageusement, se recouvrent mutuellement. 30 Une plage de mesure, comprise entre 0 et 3,Pmax, qui pourrait être assurée par un seul système de mesure, est alors assurée par plusieurs systèmes 5 de mesure ayant des plages de valeurs qui se suivent et se recouvrent avantageusement pour couvrir la plage de valeurs complète entre 0 et APmax. Selon la valeur de AP mesurée à un instant t, le calculateur contrôle la vanne pour que celle-ci soit raccordée au système de mesure 5 qui est considéré comme le plus adaptée pour fournir une valeur précise de AP. Il s'agit du système de mesure dont la plage de mesure comprend la valeur de AP mesurée à un instant t. On comprend donc que, au cours d'un cycle de fonctionnement de la turbomachine, l'air comprimé prélevé dans le compresseur peut avoir un débit différent. Le système de mesure utilisé 10 pour fournir la valeur de AP la plus précise est donc susceptible de changer, ce changement étant opéré par le calculateur. Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres 15 - le capteur de mesure de chaque autre système est configuré pour mesurer une valeur de différence de pression qui recouvre partiellement ladite première plage, - le premier système de mesure est configuré pour mesurer une valeur de différence de pression dans une plage de valeurs comprise entre 0 et AP2, 20 et un deuxième système de mesure est configuré pour mesurer une valeur de différence de pression dans une plage de valeurs comprise entre AP1 et AP4, avec 0 REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation en air comprimé d'un aéronef (48), comportant au moins une turbomachine (10) configurée pour propulser ledit aéronef et comportant au moins un compresseur (12), une chambre de combustion (22) et au moins une turbine, ledit dispositif comportant : - un circuit (52) d'air comprimé comportant des moyens de prélèvement d'air comprimé sur ledit au moins un compresseur et des moyens d'alimentation en air comprimé dudit aéronef, et - un équipement (50) de mesure d'une valeur du débit de flux d'air prélevé par lesdits moyens de prélèvement, à partir d'une valeur de différence de pression, cet équipement comportant : - un premier système (40) de mesure de différence de pression, comprenant un Venturi (44) et un capteur de mesure (46) configuré pour mesurer une valeur de différence de pression entre un col (44b) et une entrée (44a) du Venturi, cette valeur de différence de pression étant située dans une première plage de valeurs propre à ce premier système, caractérisé en ce que ledit équipement comprend en outre : - au moins un autre système (40) de mesure de différence de pression qui est monté en parallèle dudit premier système, et qui comprend chacun un Venturi (44) et un capteur de mesure (46) configuré pour mesurer une valeur de différence de pression entre un col (44b) et une entrée (44a) du Venturi, cette valeur de différence de pression étant située dans une autre plage de valeurs propre à cet autre système et qui est différente de ladite première plage, - une vanne (54) comportant une entrée raccordée auxdits moyens de prélèvement et une sortie apte à être raccordée à l'un des systèmes de mesure, et 15 - un calculateur (56) de commande de ladite vanne, qui est relié auxdits systèmes de mesure et qui est configuré pour commander la vanne en fonction de la valeur de différence de pression mesurée à un instant t, de façon à ce que le système de mesure dont la plage 5 de valeurs comprend la valeur mesurée soit raccordé à la vanne. 2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le capteur de mesure (46) de chaque autre système (40) est configuré pour mesurer une valeur de différence de pression qui recouvre partiellement ladite première plage. 10 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier système de mesure (40) est configuré pour mesurer une valeur de différence de pression dans une plage de valeurs comprise entre 0 et AP2, et un deuxième système de mesure est configuré pour mesurer une valeur de différence de pression dans une plage de valeurs comprise 15 entre AP1 et AP4, avec 0 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les systèmes de mesure sont au nombre de trois ou quatre. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel un troisième système de mesure est configuré pour mesurer une valeur de différence de 20 pression dans une plage de valeurs comprise entre AP3 et AP6, et éventuellement un quatrième système de mesure est configuré pour mesurer une valeur de différence de pression dans une plage de valeurs comprise entre AP5 et APmax, avec 0 6. Procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il comprend les étapes de a) mesure d'une valeur de différence de pression au moyen de l'un des systèmes de mesure, et transmission de cette valeur ou d'un signal correspondant audit calculateur, 30 b) contrôle de ladite vanne par le calculateur de façon à ce que : 16 b1) le Venturi du système de mesure qui vient de mesurer la valeur de différence de pression reste alimenté avec le flux d'air comprimé, ou b2) le Venturi d'un système de mesure plus adapté, différent de celui 5 qui vient de mesurer la valeur de différence de pression, soit alimenté avec le flux d'air comprimé. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, à la sous-étape b1), la valeur mesurée de différence de pression est notée AP et est comprise dans la plage de valeurs [APx, APy] propre au système qui vient de 10 mesurer la différence de pression. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la valeur mesurée de différence de pression AP est également comprise dans la plage de valeurs [APx', APy'] d'un autre système. 9. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, à la sous-étape b2), 15 la valeur mesurée de différence de pression est notée AP et est située en dehors de la plage de valeurs [APx, APy] propre au système qui vient de mesurer la différence de pression, et dans la plage de valeurs [APx', APy'] propre au système de mesure plus adapté. 10. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, à la sous-étape b2), 20 la valeur mesurée de différence de pression est notée AP et est égale à une valeur limite d'une borne de la plage de valeurs [APx, APy] propre au système qui vient de mesurer la différence de pression, et dans la plage de valeurs [APx', APy'] propre au système de mesure plus adapté. 25