INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le carburant F fourni à l'équipement de combustion 16 peut comprendre un carburant hydrocarboné fossile, tel que du kérosène. Ainsi, le carburant F peut comprendre des molécules provenant d'une ou plusieurs des familles chimiques des n-alcanes, isoalcanes, cycloalcanes et composés aromatiques. En outre ou en variante, le carburant F peut comprendre des hydrocarbures renouvelables produits à partir de ressources biologiques ou non biologiques, autrement connus sous le nom de carburant d'aviation durable (SAF). Dans chacun des exemples fournis, le carburant F peut comprendre un ou plusieurs éléments à l'état de traces incluant, par exemple, le soufre, l'azote, l'oxygène, des matières inorganiques et des métaux.
Des performances fonctionnelles d'une composition donnée, ou d'un mélange de carburant à utiliser dans une mission donnée, peuvent être définies, au moins en partie, par la capacité du carburant à entretenir le cycle de Brayton du moteur à turbine à gaz 10. Des paramètres définissant des performances fonctionnelles peuvent inclure, par exemple, une énergie spécifique ; une densité énergétique ; une stabilité thermique ; et, des émissions incluant des matières particulaires. Une énergie spécifique relativement plus élevée (c'est-à-dire une énergie par unité de masse), exprimée en MJ/kg, peut réduire au moins partiellement le poids au décollage, ce qui permet potentiellement une amélioration relative du rendement de carburant. Une densité énergétique relativement plus élevée (c'est-à-dire une énergie par unité de volume), exprimée en MJ/L, peut réduire au moins partiellement le volume de carburant au décollage, ce qui peut être particulièrement important pour des missions à volume limité ou des fonctionnements militaires impliquant un ravitaillement. Une stabilité thermique relativement plus élevée (c'est-à-dire une inhibition du carburant à dégrader ou coke sous contrainte thermique) peut permettre au carburant de soutenir des températures élevées dans le moteur et les injecteurs de carburant, ce qui permet potentiellement d'apporter des améliorations relatives au rendement de combustion. La réduction des émissions, y compris des matières particulaires, peut permettre de réduire la formation de traînées de condensation, tout en réduisant l'impact environnemental d'une mission donnée. D'autres propriétés du carburant peuvent également être déterminantes pour les performances fonctionnelles. Par exemple, un point de congélation relativement inférieur (°C) peut permettre des missions à long rayon d'action pour optimiser les profils de vol ; les concentrations aromatiques minimales (%) peuvent assurer un gonflement suffisant de certains matériaux utilisés dans la construction de joints toriques et de joints qui ont été préalablement exposés aux carburants à fortes teneurs en composés aromatiques ; et, une tension de surface maximale (mN/m) peut assurer une fragmentation de pulvérisation et une atomisation suffisantes du carburant.
Le rapport du nombre d'atomes d'hydrogène au nombre d'atomes de carbone dans une molécule peut influencer l'énergie spécifique d'une composition donnée, ou du mélange de carburant. Les carburants ayant des rapports plus élevés des atomes d'hydrogène aux atomes de carbone peuvent avoir des énergies spécifiques plus élevées en l'absence de contrainte de liaison. Par exemple, les carburants hydrocarbonés fossiles peuvent comprendre des molécules d'environ 7 à 18 atomes de carbone, une partie significative d'une composition donnée étant issue de molécules ayant 9 à 15 atomes de carbone, avec une moyenne de 12 atomes de carbone.
Un certain nombre de mélanges de carburants d'aviation durables ont été approuvés pour utilisation, comprenant entre 10 % et 50 % de carburant d'aviation durable (le reste comprenant un ou plusieurs carburants hydrocarbonés fossiles, tels que le kérosène), avec des compositions supplémentaires en attente d'approbation. Toutefois, l'industrie aéronautique s'attend à ce que l'utilisation de mélanges de carburants d'aviation durables allant jusqu'à (et incluant) 100 % de carburant d'aviation durable aviation (SAF) soit approuvée pour utilisation.
Les carburants d'aviation durables peuvent comprendre un ou plusieurs parmi des n-alcanes, des isoalcanes, des cycloalcanes et des composés aromatiques, et peuvent être produits, par exemple, à partir d'un ou plusieurs gaz de synthèse (syngas) ; des lipides (par exemple, des matières grasses, des huiles et des graisses) ; des sucres ; et des alcools. Ainsi, les carburants d'aviation durables peuvent comprendre une teneur inférieure en composés aromatiques et/ou en soufre, par rapport aux carburants hydrocarbonés fossiles. En outre ou en variante, des carburants d'aviation durables peuvent comprendre un taux d'isoalcane et/ou de cycloalcane plus élevé, par rapport aux carburants hydrocarbonés fossiles. Ainsi, dans certains exemples, des carburants d'aviation durables peuvent comprendre une densité comprise entre 90 % et 98 % de celle du kérosène et/ou un pouvoir calorifique compris entre 101 % et 105 % de celui du kérosène.
Grâce au moins en partie à la structure moléculaire des carburants d'aviation durables, les carburants d'aviation durables peuvent avoir des effets bénéfiques incluant, par exemple, un ou plusieurs parmi une énergie spécifique plus élevée (malgré, dans certains exemples, une densité énergétique inférieure) ; une capacité thermique spécifique plus élevée ; une stabilité thermique plus élevée ; un pouvoir lubrifiant plus élevé ; une viscosité plus faible ; une tension de surface plus faible ; un point de congélation plus faible ; des émissions de suie plus faibles ; et, des émissions de CO 2 plus faibles, par rapport aux carburants hydrocarbonés fossiles (par exemple lorsqu'ils sont brûlés dans l'équipement de combustion 16). Ainsi, par rapport aux carburants hydrocarbonés fossiles, tels que le kérosène, les carburants d'aviation durables peuvent conduire à une diminution relative de la consommation spécifique de carburant, et/ou une diminution relative des coûts de maintenance.
Système de carburant d'aéronef et caractéristiques de carburant
Un aéronef 1 comprenant deux moteurs à turbine à gaz 10 selon l'un quelconque des exemples décrits ici est illustré à la . Dans cet exemple, l'aéronef 1 comprend deux moteurs à turbine à gaz 10, mais dans d'autres exemples il peut comprendre un ou plusieurs moteurs à turbine à gaz. L'aéronef 1 comprend en outre un système de carburant d'aéronef situé à bord de l'aéronef approprié à fournir du carburant F à chacun des moteurs à turbine à gaz 10 pour être brûlé dans l'équipement de combustion de moteur 16 tel que décrit ci-dessus. Le système de carburant d'aéronef est conçu pour fournir du carburant à un système de carburant de moteur prévu sur chacun des moteurs à turbine à gaz 10. Le système de carburant de moteur et le système de carburant d'aéronef forment ensemble le système d'alimentation en carburant de l'aéronef 1.
Le système de carburant d'aéronef comprend deux sources de carburant, une première source de carburant 302 et une seconde source de carburant 304 (ayant un ombrage différent à la ). Aux fins de la présente demande l'expression « source de carburant » désigne soit 1) un seul réservoir de carburant, soit 2) une pluralité de réservoirs de carburant qui peuvent ou non être fluidiquement interconnectés. Chacune des sources de carburant est conçue pour fournir des sources de carburant distinctes, c'est-à-dire que la première source de carburant peut contenir un premier carburant ayant une ou des caractéristiques différentes d'un second carburant contenu dans la seconde source de carburant. Les première et seconde sources de carburant ne sont donc pas accouplées fluidiquement l'une à l'autre de manière à séparer les différents carburants (au moins dans des conditions normales d'exploitation comme indiqué ailleurs ici).
Le système de carburant d'aéronef peut comprendre une pluralité de réservoirs de carburant qui peuvent être en communication fluidique de manière sélective dans différents agencements pour former les première et seconde sources de carburant. Les réservoirs de carburant peuvent comprendre des vannes d'arrêt associées de sorte que différentes combinaisons de réservoirs peuvent être regroupées dans différentes configurations. Dans de tels exemples, il peut y avoir plusieurs façons d'attribuer des réservoirs individuels de carburant à la première source de carburant et à la seconde source de carburant. Dans d'autres exemples l'attribution de réservoirs de carburant à chacune des sources de carburant peut être fixe. Dans le présent exemple, le volume total de réservoirs de carburant formant la première source de carburant 302 est inférieur ou égal au volume des réservoirs de carburant formant la seconde source de carburant 304. Ceci peut toutefois ne pas être le cas pour d'autres exemples.
Dans le présent exemple, les première et seconde sources de carburant 302, 304 comprennent une pluralité de réservoirs de carburant d'aile 53, où au moins un réservoir de carburant d'aile est situé dans l'aile gauche et au moins un réservoir de carburant d'aile est situé dans l'aile droite, et un réservoir de carburant central 55 situé principalement dans le fuselage de l'aéronef 1. Chacun du réservoir de carburant central 55 et des réservoirs de carburant d'aile 53 peut comprendre une pluralité de réservoirs de carburant interconnectés fluidiquement non représentés sur les figures. Comme le montre l'ombrage à la , les réservoirs 53 de carburant d'aile forment la première source de carburant 302, la seconde source de carburant 304 étant formée par le réservoir de carburant central 55, dans le présent exemple.
À des fins d'équilibrage, un ou plusieurs réservoirs de carburant dans l'aile gauche peuvent être en communication fluidique avec un ou plusieurs réservoirs de carburant dans l'aile droite. Ceci est réalisable soit par le biais d'un réservoir de carburant central (si ce réservoir ne fait pas partie de l'autre source de carburant), soit en contournant le ou les réservoirs de carburant centraux, soit les deux (pour une flexibilité et une sécurité maximales).
Dans un autre exemple, la seconde source de carburant 304 comprend des réservoirs de carburant d'aile et un réservoir de carburant central, tandis que la première source de carburant 302 comprend un réservoir de carburant central supplémentaire. L'interconnexion fluidique entre les réservoirs de carburant d'aile et le réservoir de carburant central de la seconde source de carburant peut être prévue pour équilibrer l'aéronef.
Dans certains exemples, l'attribution de réservoirs de carburant disponibles sur l'aéronef peut être contrainte de telle sorte que la première source de carburant et la seconde source de carburant 302, 304 sont chacune sensiblement symétriques par rapport à la ligne centrale de l'aéronef. Dans les cas où une attribution asymétrique des réservoirs de carburant est autorisée, un moyen de transfert de carburant approprié est prévu entre des réservoirs de carburant de la première source de carburant et/ou entre des réservoirs de carburant de la seconde source de carburant de telle sorte que la position du centre de masse de l'aéronef peut être maintenue dans des limites latérales acceptables tout au long du vol.
Un réservoir de carburant d'équilibrage pourrait dans certains exemples faire partie de la première source de carburant 302, ou dans d'autres exemples faire partie de la seconde source de carburant 304. L'attribution de réservoirs de carburant à la première source de carburant 302 et à la seconde source de carburant 304 peut être contrainte de telle sorte que ni la première source de carburant 302 ni la seconde source de carburant 304 ne comprennent uniquement le réservoir de carburant d'équilibrage.
Alors que les exemples décrits dans la présente demande ne comportent qu'une première et une seconde source de carburant 302, 304, dans d'autres exemples des sources de carburant supplémentaires peuvent être fournies de sorte que du carburant provenant d'un nombre quelconque de sources, ayant chacune une caractéristique ou des caractéristiques de carburant différentes peut être fourni à la chambre de combustion par l'intermédiaire du régulateur de distribution de carburant.
Dans d'autres exemples, le système de combustion étagée peut être conçu pour basculer entre la plage de fonctionnement à injection pilote seule et les plages de fonctionnement à injection pilote et principale à une puissance moteur inférieure dans le mode d'accélération comparativement au mode à l'état stabilisé. Le système de combustion étagée 64 est commandé (par exemple par l'EEC) dans cet exemple en utilisant un point d'étagement qui est à un réglage de puissance moteur inférieur dans le mode d'accélération comparativement au mode à l'état stabilisé. Dans cet exemple, le point d'étagement d'accélération est supérieur à un point d'étagement d'accélération par défaut selon lequel le système de combustion serait commandé si un carburant d'une caractéristique différente ne pouvait pas être fourni à la chambre de combustion. Le point d'étagement d'accélération est donc réduit (par rapport au point d'étagement de régime de croisière) d'une quantité inférieure à la réduction jusqu'au point d'étagement d'accélération par défaut qui se trouverait dans des systèmes connus.
Le régulateur de distribution de carburant 306 peut dans certains exemples être conçu pour distribuer du carburant aux injecteurs de carburant pilotes 313 pendant un fonctionnement à injection pilote seule dans le mode d'accélération qui a une caractéristique de carburant différente de celle du carburant distribué aux injecteurs de carburant principaux 314 pendant un fonctionnement à injection pilote et principale dans le mode de fonctionnement à l'état stabilisé du moteur. Dans cet exemple, le carburant d'une caractéristique différente (par exemple le carburant riche en SAF) est distribué aux injecteurs de carburant pilotes 313 lors d'un fonctionnement dans le mode à injection pilote seule lors de l'accélération du moteur. Le carburant qui est associé à un niveau élevé de nvPM (par exemple un carburant pauvre SAF) est ensuite fourni aux injecteurs de carburant principaux 314 pendant un fonctionnement à l'état stabilisé à injection pilote et principale où l'émission de nvPM est intrinsèquement inférieure. Ceci permet d'utiliser plus efficacement une quantité limitée de carburant au sein de la première source de carburant (par exemple, le carburant riche en SAF) en l'utilisant sélectivement pendant l'accélération du moteur avec injection pilote seule. Dans cet exemple, le carburant d'une caractéristique de carburant différente est distribué aux injecteurs de carburant pilotes 313 dans seulement une partie du mode de fonctionnement d'accélération. Une fois que le point d'étagement est atteint dans le mode d'accélération, la distribution de carburant peut revenir à la même que celle utilisée pendant le fonctionnement à l'état stabilisé (par exemple elle peut revenir à l'utilisation d'un carburant pauvre en SAF). Dans d'autres exemples, le carburant riche en SAF (ou un carburant d'une autre caractéristique différente) peut être utilisé à toutes les puissances moteur dans le mode d'accélération (par exemple dans le fonctionnement à injection pilote seule et à injection pilote et principale).
Dans un exemple, le régulateur de distribution de carburant 306 est conçu pour distribuer du carburant pendant la plage de fonctionnement à injection pilote seule dans le mode d'accélération ayant une caractéristique de carburant déterminée en fonction d'un rapport carburant-air dans la chambre de combustion 16. Dans cet exemple, à mesure que le rapport carburant-air diminue, la proportion de carburant associé à une production faible de nvPM distribué aux injecteurs de carburant pilotes peut également être diminuée. Étant donné que le rapport carburant-air réduit (par exemple parce que du fait que la vitesse du corps de moteur augmente le débit massique d'air à l'intérieur de la chambre de combustion augmente également) la quantité d'un carburant produisant peu de nvPM (par exemple, un carburant riche en SAF) peut également être réduite. Ceci permet d'utiliser le carburant produisant peu de nvPM au cours d'une partie du mode de fonctionnement d'accélération dans laquelle ses avantages sont plus importants, utilisant ainsi mieux une disponibilité limitée de ce carburant. Dans d'autres exemples, les caractéristiques de carburant peuvent être déterminées en fonction d'un autre paramètre de commande approprié qui est lié à la formation de nvPM de la chambre de combustion autre que le rapport carburant-air.
Dans d'autres exemples, le régulateur de distribution de carburant 306 est conçu pour basculer la distribution de carburant aux injecteurs de carburant (les injecteurs de carburant principaux et/ou pilotes 313, 314) vers celui ayant une caractéristique de carburant différente à un point de départ d'une période de fonctionnement dans le mode d'accélération. Dans cet exemple par conséquent, la composition du carburant peut être basculée vers une autre composition (par exemple, basculée vers un carburant riche en SAF) au début d'une période d'accélération. Dans certains exemples, le régulateur de carburant 306 peut continuer à distribuer le même carburant tout au long du mode de fonctionnement d'accélération. Dans d'autres exemples, le régulateur de distribution de carburant 306 est conçu pour revenir à la distribution de carburant ayant la même caractéristique de carburant que celui distribué dans le mode à l'état stabilisé après une transition vers un fonctionnement à injection pilote et principale. La composition de carburant est donc rebasculée vers les caractéristiques de carburant à l'état stabilisé par défaut une fois que le point d'étagement est passé. Ceci peut également aider à restreindre l'utilisation de carburant associé à des émissions faibles de nvPM à une partie seulement du mode d'accélération, ce qui permet d'utiliser plus efficacement une alimentation limitée de ce carburant.
Afin de distribuer du carburant aux injecteurs de carburant pilotes et/ou principaux 313, 314 pendant le mode d'accélération du système de combustion qui est différent de celui distribué à la chambre de combustion pendant le mode de fonctionnement à l'état stabilisé le régulateur de distribution de carburant 306 est conçu pour distribuer du carburant sélectivement à partir des première et seconde sources de carburant 302, 304 comme décrit ci-dessus. Dans un exemple, le régulateur de distribution de carburant 306 peut comprendre un mélangeur de carburant 318 tel qu'illustré à la . De manière similaire à celle décrite ci-dessus, le mélangeur de carburant est conçu pour recevoir une alimentation en carburant à la fois à partir des première et seconde sources de carburant 302, 304 et pour sortir du carburant provenant de la première source de carburant 302, du carburant provenant de la seconde source de carburant 304, ou un mélange de ceux-ci. Ce carburant mélangé est fourni aux injecteurs de carburant pilotes 313, le carburant provenant d'une seule source de carburant (la seconde source de carburant 304 dans l'exemple ci-dessus) étant fourni aux injecteurs de carburant principaux 314. Dans d'autres exemples, le mélangeur peut être conçu pour alimenter à la fois les injecteurs de carburant principaux et pilotes 313, 314 avec un mélange de carburant approprié. Dans encore d'autres exemples, le régulateur de distribution de carburant 306 de l'un quelconque des exemples décrits ici peut être utilisé pour distribuer du carburant pendant au moins une partie du mode d'accélération (vers les injecteurs de carburant pilotes et/ou principaux) qui est différent de celui distribué pendant au moins une partie du mode de fonctionnement à l'état stabilisé (par exemple, ceux utilisant des régulateurs indépendants pour les première et seconde sources de carburant ou un régulateur pilote conçu pour basculer entre des sources de carburant).
Comme indiqué ci-dessus en liaison avec l'exemple illustré à la , la dépendance de la proportion du carburant provenant de la première source de carburant 302 comparativement à celle provenant de la seconde source de carburant 304 par rapport au débit de carburant peut être déterminée en fonction d'un niveau obtenu souhaité de nvPM à un débit de carburant particulier. Par exemple, la proportion de carburant distribuée à partir de la première source de carburant 302 comparativement à celle à partir de la seconde source de carburant 304 peut être déterminée selon un niveau obtenu souhaité de nvPM à un débit de carburant particulier pendant le mode d'accélération. La quantité de carburant fournie à partir de chaque source peut être déterminée de telle sorte que la valeur nvPM ne dépasse pas un seuil prédéterminé ou de telle sorte que la production de nvPM est réduite au minimum sur une période de fonctionnement du moteur à turbine à gaz comme décrit ci-dessus. Dans l'un quelconque des exemples décrits ici ceci peut être obtenu par une commande appropriée du mélangeur 318, ou un quelconque des autres régulateurs de distribution de carburant 306 décrits ici.
Dans certains exemples, la proportion de carburant distribuée à partir de la première source de carburant 302 comparativement à celle distribuée à partir de la seconde source de carburant 304 pendant le mode d'accélération du système de combustion peut être déterminée au moins partiellement selon un ou plusieurs éléments quelconques parmi :
a) la quantité de carburant ayant la première caractéristique de carburant et la quantité de carburant ayant la seconde caractéristique de carburant disponible pour un vol proposé. Ceci peut par exemple, être fourni par une estimation ou une mesure de la quantité de carburant dans les réservoirs de carburant 53, 55 composant les première et seconde sources de carburant 302, 304 ;
b) la quantité d'exigence totale de carburant pour les injecteurs de carburant pilotes 313 pendant le fonctionnement à injection pilote seule pour la totalité du vol dans une plage de fonctionnement dans laquelle du carburant est fourni à partir de la première source de carburant 302 ; et/ou
c) un paramètre de limite de composition de carburant (par exemple une limite de certification, une composition de carburant disponible pour l'avitaillement, ou des limites d'aéronef/moteur).
La illustre un procédé 4030 de fonctionnement d'un moteur à turbine à gaz selon l'exemple ci-dessus dans lequel du carburant d'une caractéristique différente est distribué aux injecteurs de carburant (par exemple les injecteurs de carburant pilotes et/ou principaux 313, 314) pendant au moins une partie du mode d'accélération comparativement à pendant au moins une partie du mode à l'état stabilisé. Le procédé 4030 comprend la régulation 4032 de la distribution de carburant aux injecteurs de carburant pilotes et/ou principaux 313, 314 à partir de la première source de carburant 302 contenant un premier carburant ayant une première caractéristique de carburant et de la seconde source de carburant 304 contenant un second carburant ayant une seconde caractéristique de carburant, comme décrit ci-dessus en utilisant le régulateur de distribution de carburant 306 d'un quelconque exemple ici. La seconde caractéristique de carburant est différente de la première comme décrit ci-dessus.
Le procédé comprend en outre le fonctionnement 4034 du système de combustion étagée 64 dans un mode d'accélération dans lequel l'accélération du moteur à partir d'un mode de fonctionnement à l'état stabilisé est provoquée. Le procédé 4030 comprend en outre la distribution 4036 de carburant aux injecteurs de carburant (par exemple les injecteurs de carburant pilotes et/ou principaux 313, 314), pendant au moins une partie d'un fonctionnement dans le mode d'accélération, ayant une caractéristique de carburant différente de celle du carburant distribué aux injecteurs de carburant (par exemple les injecteurs de carburant pilotes et/ou principaux 313, 314) pendant au moins une partie du mode de fonctionnement à l'état stabilisé du moteur.