Brevet FR3132538A1 — publié le 20230811

Procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz (1) comprenant un corps (3, 4) comprenant un compresseur (31, 41), une turbine (32, 42) et un arbre (33, 43), la turbine étant propre à entrainer le compresseur via l’arbre, et un moteur électrique (15) propre à entrainer l’arbre en rotation, d’étapes : a) estimer un gradient de température entre une première et une deuxième partie du corps, b) comparer le gradient à un seuil, c) si le gradient est inférieur au seuil, entrainer l’arbre avec une vitesse variant selon un premier profil, d) si le gradient est supérieur au seuil, commander le moteur électrique pour entrainer l’arbre de manière à faire varier sa vitesse selon un deuxième profil, tel que, lorsque la vitesse de l’arbre est comprise dans un intervalle critique, une accélération de l’arbre est supérieure à une accélération selon le premier profil dans le même intervalle critique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L’invention concerne de manière générale le domaine des moteurs à turbine à gaz, et plus particulièrement d’un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz. ETAT DE L’ART D’une manière connue, les moteurs à turbine à gaz peuvent être utilisés pour fournir une poussée à un aéronef. Lors de son fonctionnement, un moteur à turbine à gaz monte en température de manière sensiblement homogène. Cependant, lorsque le moteur à turbine à gaz est arrêté, par exemple, après que l’aéronef ait atterri dans un aéroport, le moteur à turbine à gaz refroidit de manière hétérogène. En effet, certains composants refroidissent plus rapidement que d’autres. Si le moteur à turbine à gaz est laissé à l’arrêt sur une période suffisamment longue (par exemple une journée) l’ensemble des composants du moteur à turbine à gaz refroidissent progressivement jusqu’à atteindre la même température. En revanche, si le moteur à turbine à gaz est redémarré après avoir été laissé à l’arrêt sur une courte période (par exemple une heure), certains composants, tels que les composants du corps haute pression, présentent encore des différences importantes / hétérogénéités de température lors du redémarrage. Ces différences de température peuvent être à la source de phénomènes de dilatation thermique pouvant entraîner une déformation des composants du moteur. Par exemple, la ligne rotor haute pression peut fléchir entre ses paliers du fait d’un gradient thermique vertical sur ces parties. Le fléchissement de la ligne rotor induit d’une part une fermeture des jeux statiques entre les aubes mobiles et les carters et créé d’autre part un balourd sur le rotor/masse excentrée. Si le moteur à turbine à gaz est redémarré alors que l’arbre d’entrainement haute pression est courbé, la situation thermique statique de moteur cumulée à une réponse dynamique au balourd peut entraîner un frottement entre les aubes du rotor du compresseur haute pression ou de la turbine haute pression et le carter du compresseur haute pression ou de la turbine haute pression. Si les aubes du rotor frottent contre le carter, cela risque d’endommager le moteur à turbine à gaz et de générer une usure des aubes. Aussi, si le carter est revêtu de matériau abradable, ce matériau abradable s’use et disparait, ce qui engendre une augmentation du jeu entre le rotor et le stator du moteur à turbine à gaz. Cela entraîne une dégradation des performances du moteur. Plusieurs solutions ont déjà été envisagées pour limiter ces hétérogénéités de température. Le document EP3205847 propose par exemple d’utiliser un moteur électrique connecté au démarreur à air avec un embrayage pour entraîner l’arbre d’entrainement haute pression via un train d’engrenage d’un boitier d’accessoire (AGB) à très bas régime, en dessous de sa vitesse de ralenti : le moteur est dit en « rôtisserie ». La rotation lente du moteur permet d’homogénéiser la température des composants du moteur. Il est également connu du document EP3415729 de contrôler un moteur électrique via un calculateur FADEC (Full Authority Digital Engine Control). Le FADEC contrôle alors le fonctionnement du moteur à turbine à gaz et du moteur électrique. Lorsque le FADEC est mis partiellement en veille, ce qui correspond à un arrêt de l’aéronef, le moteur électrique fait tourner l’arbre d’entrainement à vitesse réduite, i.e. en rôtisserie. Les documents EP3205834 et EP3205858 proposent d’utiliser des modèles informatiques pour prévoir la durée nécessaire de rotation en rôtisserie du moteur électrique connecté au démarreur à air. Ces solutions connues visent à homogénéiser la température des composants du moteur à turbine à gaz pour éviter que l’arbre d’entrainement ne soit courbé, en l’entrainant en rotation, à basse vitesse, lorsque l’aéronef est à l’arrêt, i.e. le moteur à turbine à gaz est éteint. Cependant, ces solutions nécessitent que l’aéronef reste à l’arrêt pendant la durée nécessaire pour que la température des composants du moteur à turbine à gaz soit homogénéisée ce qui signifie qu’il faut attendre une certaine durée avant de pouvoir démarrer à nouveau le moteur à turbine à gaz. En outre, les solutions de l’état de la technique impliquent l’utilisation de systèmes dédiés. Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz permettant de limiter le temps d’attente nécessaire avant de redémarrer le moteur à turbine à gaz. La présente invention se rapporte ainsi selon un premier aspect à un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz, le moteur à turbine à gaz comprenant un corps comprenant un compresseur, une turbine et un arbre d’entrainement, la turbine étant propre à entrainer le compresseur par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement, et un moteur électrique propre à entrainer l’arbre d’entrainement en rotation, le procédé de pilotage comprenant les étapes de : a) estimer un gradient de température entre une première partie du corps et une deuxième partie du corps, b) comparer le gradient de température estimé à un seuil de gradient de température prédéfini, et c) si le gradient de température est inférieur au seuil de gradient de température prédéfini, entrainer en rotation l’arbre d’entrainement avec une vitesse de rotation qui varie au cours du temps selon un premier profil de variation de vitesse de rotation, d) si le gradient de température est supérieur au seuil de gradient de température prédéfini, commander le moteur électrique pour entrainer en rotation l’arbre d’entrainement de manière à faire varier la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement selon un deuxième profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps, tel que, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement est comprise dans un intervalle critique de vitesses de rotation, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement est supérieure à une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement selon le premier profil de variation de vitesse de rotation dans le même intervalle critique de vitesses de rotation. Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, prises seules ou dans une quelconque combinaison : Le moteur électrique est un démarreur-générateur. L’arbre d’entrainement est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz, et le gradient de température estimé est obtenu à partir de mesures de température dans une partie haute du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz, et de mesures de température dans une partie basse du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz, lorsque le moteur à turbine à gaz est attaché à un aéronef. L’intervalle critique de vitesses de rotation inclut une vitesse de rotation susceptible de générer une entrée en résonance du corps compte tenu d’une courbure de l’arbre d’entrainement L’intervalle critique de vitesses de rotation est défini entre un premier seuil de vitesse de rotation et un deuxième seuil de vitesse de rotation, le premier seuil de vitesse de rotation et le deuxième seuil de vitesse de rotation étant prédéterminés et dépendant du moteur à turbine à gaz. Une puissance fournie par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement lors de l’étape d) lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation est déterminée à partir du gradient de température. Le procédé de pilotage comprend une étape de mesurer une première valeur d’un paramètre de vibration du corps, la puissance fournie par le moteur électrique étant déterminée en outre à partir de la première valeur du paramètre de vibration du corps. Le procédé de pilotage comprend une étape de démarrage du moteur à turbine à gaz et une étape préalable à l’étape de démarrage du moteur à turbine à gaz au cours de laquelle le moteur électrique entraine en rotation l’arbre d’entrainement de manière à faire tourner l’arbre d’entrainement à une vitesse de rotation inférieure à 10 tours par minute. Le procédé de pilotage comprend une étape de piloter la pression d’au moins un film fluide amortisseur disposé entre l’arbre d’entrainement et un carter du moteur à turbine à gaz. L’étape d) comprend la fourniture d’une puissance par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement est comprise dans l’intervalle critique, une étape de mesurer une deuxième valeur d’un paramètre de vibration du corps et, si la deuxième valeur du paramètre de vibration du corps est supérieure à un seuil de paramètre de vibration, la puissance fournie par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement est diminuée. Le corps est un corps haute pression, le compresseur est un compresseur haute pression, la turbine est une turbine haute pression et l’arbre d’entrainement est un arbre d’entrainement haute pression, et dans lequel le moteur à turbine à gaz comprend en outre un corps basse pression comprenant une soufflante, une turbine basse pression et un arbre d’entrainement basse pression, la turbine basse pression étant propre à entrainer la soufflante par l’intermédiaire de l’arbre basse pression. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne moteur à turbine à gaz, comprenant un corps comprenant un compresseur, une turbine et un arbre d’entrainement, la turbine étant propre à entrainer le compresseur par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement, un moteur électrique propre à entrainer l’arbre d’entrainement en rotation, et un module de commande configuré pour piloter le moteur à turbine à gaz selon les étapes du procédé tel que précédemment défini. Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, prises seules ou dans une quelconque combinaison : L’arbre d’entrainement est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz, et comprenant au moins deux capteurs de température, incluant un premier capteur de température configuré pour mesurer une première température d’une partie haute du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz, et un deuxième capteur de température configuré pour mesurer une deuxième température d’une partie basse du corps du moteur à turbine à gaz, située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz, lorsque le moteur à turbine à gaz est attaché à un aéronef. Selon un troisième aspect, l’invention concerne un aéronef caractérisé en ce qu’il comprend le moteur à turbine à gaz décrit précédemment. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux figures annexées dont : - La représente de manière schématique, un moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation possible de l'invention ; - La représente de manière schématique, la position des capteurs dans le moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation possible de l'invention ; - La représente de manière schématique des étapes d’un procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz selon un mode de réalisation possible de l'invention ; - La est un diagramme représentant de manière schématique une vitesse de rotation d’un arbre d’entrainement du moteur à turbine à gaz, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement, en fonction du temps, selon deux modes de pilotage distincts du moteur à turbine à gaz et un profil de fourniture de puissance par le moteur électrique à l’arbre d’entrainement. Procédé de pilotage d’un moteur à turbine à gaz (1), le moteur à turbine à gaz (1) comprenant un corps (3, 4) comprenant un compresseur (31, 41), une turbine (32, 42) et un arbre d’entrainement (33, 43), la turbine (32, 42) étant propre à entrainer le compresseur (31, 41) par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement (33, 43), et un moteur électrique (15) propre à entrainer l’arbre d’entrainement (33, 43) en rotation, le procédé de pilotage comprenant les étapes de : a) estimer un gradient de température entre une première partie du corps (35, 45) et une deuxième partie du corps (36, 46), b) comparer le gradient de température estimé à un seuil de gradient de température prédéfini, et c) si le gradient de température est inférieur au seuil de gradient de température prédéfini, entrainer en rotation l’arbre d’entrainement (33, 43) avec une vitesse de rotation qui varie au cours du temps selon un premier profil de variation de vitesse de rotation, d) si le gradient de température est supérieur au seuil de gradient de température prédéfini, commander le moteur électrique (15) pour entrainer en rotation l’arbre d’entrainement (33, 43) de manière à faire varier la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) selon un deuxième profil de variation de vitesse de rotation au cours du temps, tel que, lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est comprise dans un intervalle critique de vitesses de rotation, une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est supérieure à une accélération de la rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) selon le premier profil de variation de vitesse de rotation dans le même intervalle critique de vitesses de rotation. Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel le moteur électrique (15) est un démarreur-générateur. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel l’arbre d’entrainement (33, 43) est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz (1), et le gradient de température estimé est obtenu à partir de mesures de température dans une partie haute du corps (35, 45) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), et de mesures de température dans une partie basse du corps (36, 46) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), lorsque le moteur à turbine à gaz (1) est attaché à un aéronef (100). Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’intervalle critique de vitesses de rotation inclut une vitesse de rotation susceptible de générer une entrée en résonance du corps (3, 4) compte tenu d’une courbure de l’arbre d’entrainement (33, 43). Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’intervalle critique de vitesses de rotation est défini entre un premier seuil de vitesse de rotation et un deuxième seuil de vitesse de rotation, le premier seuil de vitesse de rotation et le deuxième seuil de vitesse de rotation étant prédéterminés et dépendant du moteur à turbine à gaz (1). Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel une puissance fournie par le moteur électrique (15) à l’arbre d’entrainement (33, 43) lors de l’étape d) lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est comprise dans l’intervalle critique de vitesses de rotation est déterminée à partir du gradient de température. Procédé de pilotage selon la revendication 6, comprenant une étape de mesurer une première valeur d’un paramètre de vibration du corps (3,4), la puissance fournie par le moteur électrique (15) étant déterminée en outre à partir de la première valeur du paramètre de vibration du corps (3,4). Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une étape de démarrage du moteur à turbine à gaz (1) et une étape préalable à l’étape de démarrage du moteur à turbine à gaz (1) au cours de laquelle le moteur électrique (15) entraine en rotation l’arbre d’entrainement (33, 43) de manière à faire tourner l’arbre d’entrainement (33, 43) à une vitesse de rotation inférieure à 10 tours par minute. Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une étape de piloter la pression d’au moins un film fluide amortisseur (75) disposé entre l’arbre d’entrainement (33, 43) et un carter du moteur à turbine à gaz (1). Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’étape d) comprend la fourniture d’une puissance par le moteur électrique (15) à l’arbre d’entrainement (33, 43) lorsque la vitesse de rotation de l’arbre d’entrainement (33, 43) est comprise dans l’intervalle critique, une étape de mesurer une deuxième valeur d’un paramètre de vibration du corps (3,4) et, si la deuxième valeur du paramètre de vibration du corps (3,4) est supérieure à un seuil de paramètre de vibration, la puissance fournie par le moteur électrique (15) à l’arbre d’entrainement (33, 43) est diminuée. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le corps (3,4) est un corps haute pression (4), le compresseur (31, 41) est un compresseur haute pression (41), la turbine (32, 42) est une turbine haute pression (42) et l’arbre d’entrainement (33, 43) est un arbre d’entrainement haute pression (43), et dans lequel le moteur à turbine à gaz (1) comprend en outre un corps basse pression (3) comprenant une soufflante (2), une turbine basse pression (32) et un arbre d’entrainement basse pression (33), la turbine basse pression (32) étant propre à entrainer la soufflante (2) par l’intermédiaire de l’arbre basse pression (33). Moteur à turbine à gaz (1), comprenant un corps (3,4) comprenant un compresseur (31, 41), une turbine (32, 42) et un arbre d’entrainement (33, 43), la turbine (32, 42) étant propre à entrainer le compresseur (31, 41) par l’intermédiaire de l’arbre d’entrainement (33, 43), un moteur électrique (15) propre à entrainer l’arbre d’entrainement (33, 43) en rotation, et un module de commande configuré pour piloter le moteur à turbine à gaz (1) selon les étapes du procédé défini par l’une des revendications 1 à 11. Moteur à turbine à gaz (1) selon la revendication 12, dans lequel l’arbre d’entrainement (33, 43) est propre à être entrainé en rotation autour d’un axe du moteur à turbine à gaz (1), et comprenant au moins deux capteurs de température (17, 171, 172), incluant un premier capteur de température (171) configuré pour mesurer une première température d’une partie haute du corps (35, 45) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessus de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), et un deuxième capteur de température (172) configuré pour mesurer une deuxième température d’une partie basse du corps (36, 46) du moteur à turbine à gaz (1), située au-dessous de l’axe du moteur à turbine à gaz (1), lorsque le moteur à turbine à gaz (1) est attaché à un aéronef (100). Aéronef (100) caractérisé en ce qu’il comprend le moteur à turbine à gaz (1) selon l’une des revendications 12 et 13.