INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La comprend un premier graphe 2A sur lequel l’axe des ordonnées correspond au régime moteur, ou vitesse angulaire, et l’axe des abscisses correspond au temps.
La source de lumière 30 est configurée pour émettre au moins un rayonnement lumineux 32 à travers les portions transparentes des tubes 22, 26. Ce rayonnement lumineux 32 a une longueur d’onde comprise entre des valeurs prédéterminées qui sont fonction du ou des composés dont la concentration souhaite être contrôlée dans l’huile.
Une unique source lumineuse 30 peut être utilisée pour émettre des rayonnements lumineux à destination des deux tubes 22, 26. Dans ce cas, la cloison 48 s’étendrait jusqu’au-devant et au plus près de la source 30, comme cela est visible à la par exemple.
En variante, une ou plusieurs sources de lumière 30 peut/peuvent être associée(s) à chaque tube 22, 26, ces sources étant donc au nombre de deux ou plus.
La source lumineuse 30 peut comprendre au moins un élément de taille réduite, par exemple une ou plusieurs diodes, placée(s) au foyer d’une lentille convergente de sorte à obtenir un faisceau de lumière parallèle.
La ou les sources de lumière 30 sont avantageusement alimentée(s) en électricité par une même source de courant de façon à s’assurer que leurs conditions d’alimentation soient bien identiques, ce qui évite que ces conditions aient un impact sur les signaux détectés par le ou les capteurs 34.
Un unique capteur 34 peut être utilisé pour recevoir les rayonnements lumineux 32’ qui ont traversé les deux tubes 22, 26. On comprend toutefois que, dans ce cas, les émissions et réceptions des rayonnements ne peuvent pas être simultanées. Il faut dans un premier temps réaliser l’émission et la réception d’un premier rayonnement à travers le premier tube 22, puis dans un second temps réaliser l’émission et la réception d’un second rayonnement à travers le second tube 26.
Dans un mode préféré de réalisation de l’invention, deux capteurs indépendants sont utilisés de manière à réaliser simultanément les émissions et réceptions des rayonnements 32’ qui ont traversés les deux tubes 22, 26.
Comme illustré aux figures 3 et 4, la cloison 48 s’étend de préférence entre les deux capteurs 34 pour éviter les inconvénients précités.
Dans le cas de la , on constate que cette cloison 48 est intégrée ou fait partie du support 46.
On voit dans les dessins que le tube 22 est intercalé entre la source de lumière 30 ou l’une des sources de lumière, et le capteur 34 ou l’un des capteurs, et que le tube 26 est intercalé entre la source de lumière 30 ou l’une des sources de lumière, et le capteur 34 ou l’un des capteurs. Les distances entre les tubes 22, 26 et la ou les sources 30 d’une part, sont identiques, et les distances entre les tubes 22, 26 et la ou les capteurs 34 d’autre part, sont également identiques.
Les capteurs 34 sont par exemple des capteurs monochromatiques ou polychromatiques.
Le système de surveillance 36, est par exemple du type FADEC, est configuré pour calculer une absorbance de l’huile 24 du premier tube 22 à partir de signaux générés par le ou les capteurs 34, pour comparer cette absorbance à une valeur seuil, et pour émettre une alerte lorsque cette absorbance est supérieure à la valeur seuil.
Ce seuil critique peut être déterminé par des essais préliminaires car ce seuil dépend notamment de l’architecture et des spécifications du moteur en particulier sur le circuit huile qui conditionne le vieillissement maximum possible de l’huile.
Selon la loi de Beer-Lambert, l’absorption lumineuse A d’une solution est proportionnelle à la concentration en molécule absorbante selon l’équation :
[MATH1] A = εlc dans laquelle
ε représente le coefficient d’extinction molaire de l’entité absorbante, l représente la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le milieu considéré, et c représente la concentration de la molécule absorbante.
Avantageusement, la virole annulaire, le bouclier thermique et les rangées d’aubes fixes de l’ensemble fixe sont formés dans la même matière.
Préférentiellement, la paroi isolante du bouclier thermique présente une section en forme de parabole s’étendant axialement de l’extrémité amont vers l’extrémité aval de la paroi isolante du bouclier thermique et dont le côté concave de la parabole est orienté vers la surface supérieure de la virole annulaire. La forme parabolique de la paroi isolante du bouclier thermique permet d’améliorer ses propriétés aérodynamiques tout en préservant une bonne résistance mécanique de la paroi isolante.
Avantageusement, la surface externe de la paroi isolante du bouclier thermique est agencée sur la surface supérieure de la virole annulaire en formant un angle α supérieur ou égale à 110°, de préférence compris entre 130° et 140°, mesuré à l’extérieur du bouclier thermique, au niveau de l’extrémité amont de la paroi isolante du bouclier thermique, entre une tangente de la surface externe de la paroi isolante du bouclier thermique et la surface supérieure de la virole annulaire. Une telle caractéristique permet de minimiser les pertes de charge dues au frottement de l’air contre la paroi isolante du bouclier thermique, lors de l’écoulement de l’air dans la turbine ou le compresseur.
Préférentiellement, le bouclier thermique s’étend circonférentiellement selon toute la périphérie de la virole annulaire pour isoler thermiquement la portion de la virole annulaire en vis-à-vis de la rangée d’aubes mobiles et limiter la variation du jeu radial entre la virole annulaire et chacune des aubes mobile de la rangée lors du fonctionnement de la turbomachine.
Avantageusement, la distance minimale, mesurée axialement, entre l’extrémité amont de l’évidement du bouclier thermique et le bord d’attaque de l’aube mobile est sensiblement égale à 10% de la longueur de l’aube mobile. Une telle caractéristique de limiter de manière optimale la variation du jeu radial entre la virole annulaire et le bord d’attaque de l’aube mobile lors du fonctionnement de la turbomachine.
Préférentiellement, la distance minimale, mesurée axialement, entre l’extrémité aval de l‘évidement et le bord de fuite de l’aube mobile est sensiblement égale à 10% de la longueur de l’aube mobile. Une telle caractéristique permet de limiter de manière optimale la variation du jeu radial entre la virole annulaire et le bord de fuite de l’aube mobile lors du fonctionnement de la turbomachine.
Un deuxième aspect de l’invention concerne une turbomachine d’aéronef comportant un ensemble de turbomachine selon l’invention.
Un troisième aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication de l’ensemble fixe de l’ensemble de turbomachine selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de fabrication additive de la virole annulaire et de la paroi isolante du bouclier thermique par dépôt et solidification de couches successives d’une poudre.
Avantageusement, l’étape de fabrication additive du procédé de fabrication comprend aussi la fabrication de la rangée d’aubes fixes de manière à fabriquer l’ensemble fixe en une seule et même pièce.
Préférentiellement, le procédé de fabrication comprend une étape de vidage de la poudre présente entre la surface supérieure de la virole annulaire et la surface interne de la paroi isolante du bouclier thermique.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles : La , déjà décrite, est une vue schématique, en coupe longitudinale, d’un ensemble de turbomachine selon l’état de la technique comprenant une virole annulaire en deux parties ; La , déjà décrite, est une vue schématique, en coupe longitudinale, d’un ensemble de turbomachine selon l’état de la technique comprenant une virole annulaire monobloc ; La , déjà décrite, est une vue schématique, en coupe longitudinale, d’un ensemble de turbomachine selon l’état de la technique comprenant une virole annulaire monobloc et une partie en relief ; La est une vue schématique, en coupe longitudinale, d’un ensemble de turbomachine comprenant une virole annulaire selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE Un exemple de réalisation d’un ensemble de turbomachine selon l’invention est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention.
Pour la compréhension de l'invention, on adoptera les orientations radiale, tangentielle et axiale selon le repère RTA indiqué aux figures dont les axes tangent T et axial A s’étendent dans un plan horizontal suivant l’orientation aux figures. L’axe axial A est parallèle à un axe X d’une virole annulaire de l’ensemble de turbomachine. La portion amont de la virole annulaire vers la portion aval de la virole annulaire est orienté selon l’axe axial A du repère RTA. L’orientation radiale s’étend radialement par rapport à l’axe X.
Dans la description, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d’écoulement de l’air depuis l’entrée de l’air dans la turbine ou dans le compresseur vers la sortie de l’air hors de la turbine ou du compresseur. Les termes « supérieur » et « inférieur » sont définis suivant l’orientation radiale, le terme « supérieur » désigne les éléments les plus éloignés radialement de l’axe X, par opposition au terme « inférieur » qui désigne les éléments les plus proches radialement de l’axe X.
Dans une première étape, une séquence de consignes de régime moteur 7, notamment d’une vitesse angulaire d’un arbre moteur de la turbomachine hybride 1, est enregistrée. L’enregistrement de la première étape s’effectue par exemple dans la mémoire 31 du dispositif de commande 3. L’enregistrement de la séquence de consignes de régime moteur 7 peut avoir lieu avant une mise en fonctionnement de la turbomachine hybride 1 et/ou avant toute mesure du régime moteur 5 sur la turbomachine hybride 1.
La séquence de consignes de régime moteur 7 peut s’écrire sous la forme de valeurs NHC p , où p est un indice variant de 0 à N et représente une position de la valeur dans la séquence.
Dans une deuxième étape, une séquence de mesures du régime moteur 5 est enregistrée.
Une fois la turbomachine hybride 1 mise en fonctionnement, le régime moteur est surveillé et des mesures successives sont transmises au dispositif de commande 3, formant une séquence de mesures du régime moteur 5, comprenant de plus en plus de mesures au cours du temps. L’enregistrement de la deuxième étape s’effectue par exemple dans la mémoire 31 du dispositif de commande 3.
La séquence de mesures du régime moteur 5 peut s’écrire sous la forme de valeurs NH p , où p est un indice variant de 0 à k et représente une position de la valeur dans la séquence. L’indice k est l’indice de la dernière mesure NH k reçue.
Les indices correspondent à des pas de temps ou des points de fonctionnement successifs de la turbomachine hybride 1.
Dans une troisième étape, le calculateur 33 détermine une séquence d’écarts entre la mesure du régime moteur 5 et la consigne de régime moteur 7, chaque écart étant égal à une différence entre une mesure du régime moteur 5 et une consigne de régime moteur 7 associée à la mesure. La séquence de mesures du régime moteur 5 et la séquence de consignes de régime moteur 7 ne contiennent pas nécessairement le même nombre de valeurs, mais elles sont référencées temporellement l’une par rapport à l’autre. Autrement dit, à chaque mesure du régime moteur 5 est associée une consigne de régime moteur 7, la mesure du régime moteur 5 et la consigne étant en coïncidence temporelle. L’objectif de la régulation est de rendre chaque mesure du régime moteur 5 la plus proche possible de sa consigne de régime moteur 7.
La séquence d’écarts peut s’écrire sous la forme de valeurs ENH p , où p est un indice variant de 0 à k, les écarts sont calculés indice par indice selon le calcul :
ENH p = NH p - NHC p .
Dans une quatrième étape, le calculateur 33 détermine, notamment simultanément, une variation de débit de carburant ∆WF p , correspondant à une différence de la commande de débit de carburant 9 entre un instant p et un instant précédent p-1, soit :
∆WF p =WF p – WF p-1
et une variation de couple électrique ∆TRQ p , correspondant à une différence de la commande de couple électrique 11 entre un instant p et un instant précédent p-1, soit :
∆TRQ p = TRQ p – TRQ p-1 .
La commande de débit de carburant 9 et la commande de couple électrique 11 sont des signaux variant au cours du temps et pouvant être discrétisés sous forme d’une séquence temporelle de commande de carburant WF p et d’une séquence de commande de couple électrique TRQ p .
Les valeurs de la séquence temporelle de commande de carburant W F p et de la séquence de commande de couple électrique TRQ p sont indicées par un indice p variant de 0 à k, chaque commande étant associée à une même mesure.
La variation de commande de débit de carburant ∆WF p et la variation de commande de couple électrique ∆TRQ p s’effectuent en fonction : d’une différence du régime moteur entre une dernière mesure et une avant-dernière mesure du régime moteur 5 de la turbomachine hybride 1, d’un écart ENH k associé à la dernière mesure du régime moteur 5, et d’une somme de tous les écarts.
Le but est atteint dans le cadre de l’invention grâce à un procédé de commande d’une turbomachine hybride comprenant les étapes suivantes : une détermination d’une séquence d’écarts, chaque écart étant une différence entre une mesure d’une séquence de mesures d’un régime d’un arbre moteur de la turbomachine hybride et une consigne d’une séquence de consignes de régime moteur, une détermination d’une variation de débit de carburant et une détermination d’une variation de couple électrique, les déterminations étant notamment simultanées, et les déterminations utilisant chacune une différence entre une dernière mesure de la séquence de mesures et une avant-dernière mesure de la séquence de mesures, un dernier écart associé à la dernière mesure, et une somme des écarts de la séquence d’écarts ; et
Un tel procédé est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : au cours de la détermination de la variation de débit de carburant et de la variation de couple électrique, on détermine un produit entre une matrice de gain et un vecteur, le vecteur étant formé de la différence entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure, du dernier écart et de la somme des écarts ; la matrice de gain est obtenue par interpolation entre deux matrices de référence d’un jeu de matrices de référence de sorte à tenir compte d’un point de fonctionnement de la turbomachine hybride associé à la dernière mesure ;
L’invention porte également sur un dispositif de commande d’une turbomachine hybride comprenant : une entrée, configurée pour recevoir une séquence de mesures du régime moteur de la turbomachine hybride, une mémoire, configurée pour enregistrer la séquence de mesures et une séquence de consignes de la vitesse, un calculateur, configuré pour : déterminer une séquence d’écarts, chaque écart étant une différence entre une mesure d’une séquence de mesures du régime moteur de la turbomachine hybride, et une consigne d’une séquence de consignes régime moteur, déterminer, notamment simultanément, une variation de débit de carburant et une variation de couple électrique, les déterminations utilisant chacune une différence entre une dernière mesure de la séquence de mesures et une avant-dernière mesure de la séquence de mesures, un dernier écart associé à la dernière mesure, et une somme des écarts de la séquence d’écarts ; et une sortie configurée pour fournir une commande à la turbomachine hybride.
L’invention porte également sur une turbomachine comprenant un dispositif de commande tel que décrit précédemment et un aéronef comprenant une telle turbomachine.
est une représentation schématique d’un dispositif de commande selon un mode de réalisation de l’invention ;
est une représentation schématique d’un suivi de commande en accélération selon un mode de réalisation de l’invention ; et
est une représentation schématique d’un suivi de commande en décélération selon un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Turbomachine hybride La est une représentation schématique d’un dispositif de commande selon un mode de réalisation de l’invention sur laquelle une turbomachine hybride 1 comprend deux entraînements d’un arbre moteur haute-pression et/ou basse-pression mis en mouvement par un entraînement thermique et un entraînement électrique.
La turbomachine hybride peut être considérée, du point de vue du contrôle, comme un système multivariable comprenant deux grandeurs de commande ou d’entrée : une commande de débit de carburant « WF », référencée 9 sur la , envoyée à une boucle locale d’un doseur de la turbomachine hybride 1, une commande de couple électrique « TRQ », référencée 11 sur la , à appliquer par une machine électrique sur l’arbre moteur haute-pression et/ou basse-pression.
Plus généralement, la turbomachine hybride 1 présente plusieurs grandeurs de sortie devant être régulées et/ou limitées, telles que notamment un régime de l’arbre moteur basse-pression, un régime de l’arbre moteur haute-pression, éventuellement une pression en entrée de chambre de combustion.
Par ailleurs, La turbomachine peut être de type double corps double flux, de sorte qu’elle comprend un arbre basse-pression et un arbre haute-pression. Dans un tel cas, le couple électrique commandé mentionné plus haut est un couple électrique appliqué à l’arbre haute-pression. Un couple électrique peut en outre être appliqué à l’arbre basse-pression, mais dans le cadre de ce texte ce couple fait alors l’objet d’une commande indirecte construite à partir de la commande du couple électrique appliqué à l’arbre haute-pression.
Etat de la technique antérieure Les figures 1 à 3 illustrent une turbomachine et un ensemble de turbine de l’art antérieur, connus du document FR 3 108 671 au nom de la Demanderesse.
En particulier, la illustre un ensemble propulsif 1 destiné à un aéronef et comportant une turbomachine 2 carénée par une nacelle 3. Dans l'exemple représenté, la turbomachine 2 est un turboréacteur à double corps et à double flux.
Cette comporte un référentiel DA, DR et DC qui définit respectivement les directions longitudinale (axiale), radiale et circonférentielle de la turbomachine, ces directions étant orthogonales entre elles.
Dans la suite de la présente description, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la direction d’écoulement du flux de gaz F au travers de la turbomachine 2, c'est-à-dire de la gauche vers la droite à la .
Le turboréacteur 2 s’étend autour d’un axe longitudinal X et comporte, de l'amont vers l'aval, une soufflante 4, un compresseur basse pression 5, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9.
Lors du fonctionnement du turboréacteur 2, un flux d'air F pénètre dans l'ensemble propulsif 1 par l’amont de la nacelle 3, puis traverse la soufflante 4 et se divise ensuite en un flux primaire F1 central et en un flux secondaire F2 périphérique. Le flux primaire F1 s'écoule dans une veine principale 10 de circulation des gaz traversant successivement les compresseurs 5 et 6, la chambre de combustion 7 et les turbines 8 et 9. Le flux secondaire F2 s'écoule dans une veine secondaire 11 périphérique, délimitée radialement à l'extérieur par la nacelle 3.
Afin d’assurer une bonne tenue de la turbine haute pression 8 soumise à des gaz chauds issus de la chambre de combustion, la turbine haute pression 8 comporte un stator externe comprenant un anneau 12 réalisé en matériau composite à matrice céramique (CMC). L'intégration de cet anneau 12 en CMC, dont la résistance à la température est importante, permet de réduire le débit d'air de refroidissement prélevé en amont de la turbine haute pression 8, et permet ainsi d’améliorer les performances et/ou la consommation en carburant de la turbomachine 2.
Les figures 2 à 4 sont des vues de détail, en coupe axiale, illustrant le montage d’un tel anneau 12 de turbine.
Ledit anneau 12 entoure un rotor de turbine comportant des pales 13, ledit anneau 12 étant formé d’une pluralité de secteurs d’anneau 14 (dont un seul est visible sur les figures 3 et 4).
Chaque secteur d’anneau 14 présente une partie 15 s’étendant axialement ou base annulaire ainsi qu’une bride amont 16 et une bride aval 17, décalées axialement l’une de l’autre et s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la base 15.
Chaque secteur d’anneau 14 en CMC est monté sur un support annulaire 18 métallique d’un carter fixe de la turbine, entourant ledit anneau 12. Le support annulaire 18 comporte une partie annulaire 19 s’étendant axialement, également appelée virole, ainsi qu’une bride amont 20 et une bride aval 21, appelées ci-après brides complémentaires, s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la virole 19.
La bride amont 16 de chaque secteur 14 vient en appui dans la direction axiale DA sur la bride amont complémentaire 20 du support 18. De même, la bride aval 17 de chaque secteur 14 vient en appui dans la direction axiale sur la bride aval complémentaire 21 du support 18.
L’anneau 12 et le support 18 s’étendent autour de l’axe X de la turbomachine 2.
D'autres moyens, tels que des flasques annulaires, des pions 22 et des ensembles vis/écrous (non représentés) permettent d'immobiliser les secteurs d'anneau 14, aussi bien en direction axiale que radiale, comme cela est notamment connu du document EP 3 857 030 au nom de la Demanderesse.
En particulier, des pions 22 solidaires des brides 20, 21 du support 18 sont engagés dans des trous oblongs des brides 16, 17 de l’anneau 12, comme illustré à la .
En aval de la virole 19 et plus précisément en aval de la bride complémentaire aval 21, la structure se prolonge généralement axialement par un ensemble de cloisons annulaires 23, 24 dont certaines servent notamment au maintien d’une plateforme radialement externe 25 d'un distributeur 26 de la turbine basse pression 9. Des pales 27 s’étendent radialement vers l’intérieur depuis la plateforme externe 25. Le distributeur 26 est monté, via un crochet 28, au niveau d’une zone de montage dans une gorge 29 du support 18. En particulier, le gorge 29 est délimitée radialement entre les cloisons 23, 24 et débouche vers l’aval, le crochet 28 comportant une partie axiale engagée au moins partiellement dans la gorge 29.
La dernière mesure du régime moteur 5 est la dernière mesure reçue par le dispositif de commande 3 et constitue donc la mesure la plus récente de l’état du régime moteur. Il s’agit donc de la mesure NH k correspondant au dernier indice k. La différence entre la dernière mesure et l’avant-dernière mesure du régime moteur 5 s’écrit :
∆NH k = NH k – NH k-1 .
L’écart associé à la dernière mesure du régime moteur 5 s’écrit :
ENH k = NH k - NHC k .
La somme de tous les écarts IENH k se calcule selon l’expression suivante :
IENH k = ENH 0 + ENH 1 + ENH 2 +…+ ENH k-1 + ENH k .
La somme de tous les écarts IENH k correspond à une intégrale de l’erreur depuis l’indice p=0 jusqu’au dernier indice p=k.
Le procédé tel que présenté plus haut utilise trois grandeurs de sorties toutes construites à partir de la vitesse angulaire (consigne de la vitesse angulaire et mesure de la vitesse angulaire) : la différence entre une dernière mesure et une avant-dernière mesure, l’écart associé à la dernière mesure, et la somme de tous les écarts. Ces trois grandeurs permettent de déterminer les grandeurs d’entrée sans avoir recours à une grandeur de sortie autre que la vitesse angulaire et en particulier sans avoir recours à une grandeur de sortie dont la courbe de consigne ou la mesure en temps réel serait difficile à déterminer ou à mettre en œuvre. Par ailleurs lorsque cette détermination des valeurs des deux grandeurs d’entrée se fait simultanément, les deux degrés de liberté de la turbomachine sont utilisés de manière plus optimale que dans l’art antérieur.