INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La détermination de la matrice de gain K revient à effectuer « la synthèse du calculateur multi-variable ». Cette synthèse est du type retour d’état linéaire quadratique (LQ) et consiste à minimiser un critère ‘J’ ou une quantité ‘J’ dans laquelle apparaissent les matrices de pondération Q, R et S. Ceux-ci sont fixés en début de calcul en fonction du comportement souhaité du moteur, et en particulier en fonction de l’absence de trainage souhaitée. Plus précisément, c’est le choix des matrices de pondérations Q, R et S qui permet d’obtenir différents réglages du correcteur et le comportement moteur souhaité, par exemple la suppression du trainage c’est-à-dire la minimisation du transfert entre la consigne et l’erreur d’asservissement au sens de la norme 2 en contraignant la dynamique de l’erreur.
Pour l’arbre haute pression :
Pour l’arbre basse pression :
La minimisation du critère J par le Lagrangien permet de travailler avec une expression analytique de la matrice de gain K sous la forme :
Dans cette expression analytique, les matrices R, B, A et S sont connues, seule la matrice P est déterminée selon l’expression de l’unique solution de l’équation algébrique de Riccati discrète :
Cette dernière équation permet de déterminer P et par conséquent la matrice de gain K.
Il est à noter que la matrice de gain K dépend en fait du point de fonctionnement moteur. Plus précisément, la matrice de gain K est déterminée à partir des termes A et B qui eux, dépendent du point de fonctionnement moteur.
Le jeu de matrices de référence est préalablement déterminé avant la mise en œuvre du procédé. Chaque matrice de référence est associée à un point de fonctionnement de la turbomachine, dit point de référence.
Une matrice de référence est associée à une équation d’évolution d’un vecteur de suivi d’une commande de vitesse angulaire formé d’une variation de vitesse angulaire à un instant, d’une différence de vitesse à la commande à l’instant et d’une intégrale de la différence
En fonctionnement, il a été constaté qu’une usure intervient au niveau des surfaces de contact 30 entre les brides 16, 17, 20, 21 de l’anneau 12 et du support 18, due aux efforts traversant ces zones ainsi qu’aux différences de dilatation thermique entre l’anneau 12 en CMC et le support 18 métallique. En effet l’anneau 12 en CMC se dilate quatre fois moins que l’anneau 18 métallique. Une telle usure peut engendrer une perte d’étanchéité des zones d’appui concernées et rendre ainsi possible l’introduction de l’air de la veine primaire vers le carter métallique, conduisant à son échauffement et à la réduction de sa durée de vie. Une telle perte d’étanchéité peut également induire une perte de performance de la turbomachine.
A cet effet, l’invention concerne un ensemble de turbine pour une turbomachine, s’étendant autour d’un axe et comportant
- une pluralité de secteurs d’anneau formant un anneau de turbine, chaque secteur d’anneau comportant une partie axiale et au moins une bride s’étendant radialement vers l’extérieur depuis ladite partie axiale du secteur,
- un support entourant ledit anneau, chaque secteur d’anneau étant monté sur ledit support, ledit support comportant une partie axiale et au moins une bride complémentaire s’étendant radialement vers l’intérieur depuis ladite partie axiale du support,
la bride de chaque secteur étant réalisée au moins partiellement en matériau à matrice céramique et venant en appui axial sur la bride complémentaire du support, réalisée au moins partiellement en matériau métallique,
caractérisé en ce qu’il comporte au moins un élément d’interface en matériau métallique solidaire de la bride du secteur et intercalé entre la partie en matériau céramique de la bride du secteur et la partie métallique de la bride complémentaire du support, la bride du secteur venant en appui sur la bride complémentaire du support par l’intermédiaire de l’élément d’interface.
De cette manière, il est possible d’utiliser un anneau réalisé au moins en partie en CMC de façon à bénéficier des avantages d’un tel matériau (tenue aux hautes températures, faible masse) tout en bénéficiant de surfaces de contact de même nature, au travers de l’élément d’interface métallique et de la bride complémentaire métallique du support. On limite ou évite ainsi les phénomènes de dilatation différentielle engendrant une usure, comme évoqué précédemment. L’élément d’interface peut être monté de façon amovible sur la bride du secteur.
Il est ainsi possible de changer facilement l’élément d’interface en cas d’usure de ce dernier. Ainsi, lors d’une opération de maintenance, seuls les éléments d’interface présentant des usures peuvent être changés. Ceci présente un avantage économique par rapport au changement complet ou le reconditionnement de la bride.
Chaque secteur peut comporter deux brides décalées axialement l’une de l’autre et s’étendant chacune radialement vers l’extérieur depuis la partie axiale du secteur, et dans lequel le support comporte deux brides complémentaires décalées axialement l’une de l’autre et s’étendant chacune radialement vers l’intérieur depuis la partie axiale du support, au moins un élément d’interface métallique étant intercalé entre au moins l’une des brides du secteur et la bride complémentaire correspondante du support.
Pour chaque secteur d’anneau, la partie axiale et la bride dudit secteur peuvent être réalisées de façon monobloc en matériau composite à matrice céramique.
La partie axiale et la bride complémentaire du support peuvent être réalisées de façon monobloc en matériau métallique.
L’élément d’interface peut être réalisé en alliage métallique haute température, à base de nickel ou de cobalt par exemple (Inconel, Waspaloy, …).
La partie métallique de la bride complémentaire du support peut être réalisée en alliage métallique haute température, à base de nickel ou de cobalt par exemple (Inconel, Waspaloy, …).
En variante, l’élément d’interface et/ou la partie complémentaire de la bride du support peuvent être réalisés en oxyde monolithique (ex : Al2O3 alumine), par exemple en prévoyant un degré de liberté circonférentiel. De tels matériaux présentent un coefficient de dilatation thermique intermédiaire (8.0E-6°C-1), situé entre le coefficient de dilatation thermique d’un matériau de type CMC base carbure (4.5E-6°C-1) et le coefficient de dilatation thermique du métal (15E-6°C-1). L’oxyde monolithique présente l’avantage de distribuer la dilation différentielle et de se dilater de façon intermédiaire, tout en étant relativement dur. L’usure est alors moins présente.
L’élément d’interface peut être monté, au moins en partie, dans une zone en creux de la bride du secteur.
Le turbomoteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la cavité de résonance est délimitée radialement au moins en partie par une paroi interne de la portion amont de la tuyère ; - les orifices sont réalisés au moins en partie dans la paroi interne de la portion amont de la tuyère ; - la cavité de résonance est délimitée axialement à l’aval par un couvercle rapporté sur la tuyère et/ou l’échangeur de chaleur ; - la cavité de résonance est centrée sur l’axe X, et de préférence axisymétrique par rapport à l’axe X ; - la portion amont de la tuyère est coudée, et s’éloigne radialement de l’axe X suivant le sens d’écoulement des gaz d’échappement dans la tuyère ; - la cavité de résonance comprend au moins une cloison intérieure configurée pour diviser la cavité de résonance en un premier et un second compartiment ; - la cloison est perpendiculaire à l’axe X ; - le turbomoteur comprend un second atténuateur acoustique qui est formé d’une part par une enceinte fermée de résonance qui est annulaire autour de l’axe X et disposée radialement entre l’échangeur de chaleur et la turbine de puissance, et d’autre part par des trous débouchants chacun dans la portion amont de la tuyère et dans l’enceinte de résonance ; - l’enceinte de résonance est délimitée axialement entre une paroi externe de la portion amont de la tuyère et un flasque annulaire disposé en regard de la paroi externe, les trous étant réalisés au moins en partie dans la paroi externe.
La présente invention concerne en outre un turbogénérateur pour un aéronef comprenant un turbomoteur tel que décrit précédemment et une génératrice électrique, la génératrice électrique étant entrainée mécaniquement par la prise de mouvement du turbomoteur.
La présente invention concerne également un aéronef comprenant un turbomoteur tel que décrit précédemment ou un turbogénérateur tel que décrit précédemment.
la est une vue schématique d’un turbogénérateur comprenant un turbomoteur selon l’invention.
Sur la est représenté schématiquement un turbogénérateur 45 pour un aéronef 2, le turbogénérateur 45 comprenant un turbomoteur 1 et une génératrice électrique 46. L’aéronef 2 est par exemple un hélicoptère ou un drone.
Le turbomoteur 1 comprend : - un générateur de gaz 3 comprenant un compresseur 4, une chambre de combustion 5 et une turbine de détente 6, le compresseur 4 et la turbine de détente 6 étant liés et mobiles autour d’un axe longitudinal X ; - une turbine de puissance 7 qui entraine en rotation une prise de mouvement 8 ; - une tuyère d’échappement 9 qui est annulaire autour de l’axe X et centrifuge; - un échangeur de chaleur 10 placé dans la tuyère 9 qui comporte: - un premier circuit 11 comportant une entrée 12 reliée à une sortie 13 du compresseur 4 et une sortie 14 reliée à une entrée 15 de la chambre de combustion 5, et - un second circuit 16 comportant une entrée 17 reliée à une sortie 18 de la turbine de puissance 7 via une portion amont 19 de la tuyère 9 et une sortie 20 reliée à une ouverture d’échappement 21 de la tuyère 9 via une portion aval 22 de la tuyère 9.
Selon l’invention, le turbomoteur 1 comprend un premier atténuateur acoustique 23 formé d’une part par une cavité fermée de résonance 24 qui est centrale et entourée par la tuyère 9, et d’autre part par des orifices 25 débouchants chacun dans la portion amont 19 de la tuyère 9 et dans la cavité de résonance 24.
L’implantation d’une tuyère 9 annulaire et centrifuge libère un espace central dans lequel est intégré un premier atténuateur acoustique 23, de manière à abaisser le niveau sonore ou le bruit émis par le turbomoteur 1 sans toutefois impacter l’encombrement et la masse du turbomoteur 1.
Le premier atténuateur acoustique 23 est un résonateur qui est formé par une cavité de résonance 24 et des orifices 25. Un tel résonateur est communément appelé « résonateur acoustique de Helmhotz ». Le premier atténuateur acoustique 23 présente ainsi une ou plusieurs fréquences propres (ou fréquences de résonance) pour lesquelles la cavité 24 entre en résonance, de manière à absorber/atténuer par opposition les ondes acoustiques souhaitées qui se propagent dans la tuyère 9 en sortie de turbine 7.
Le volume important de l’espace libéré permet d’envisager le traitement d’une large plage de fréquences acoustiques, et notamment les basses fréquences qui nécessitent une cavité 24 présentant un volume important aussi bien radialement que axialement.
Exemple 17. Dispositif électronique comprenant une première couche assemblée à une deuxième couche, la première couche comportant une première région de cuivre et la deuxième couche comportant une deuxième région d'oxyde ou d'un métal oxydé, dans lequel toute la première région de cuivre est en contact avec l'oxyde ou le métal oxydé de la deuxième région.
Exemple 18. Dispositif électronique comprenant une première couche et une deuxième couche assemblées selon le procédé de l'un quelconque des exemples 1 à 16.
Exemple 19. Dispositif électronique selon l’exemple 17 ou 18, comprenant une troisième couche assemblée à la deuxième couche.
Exemple 20. Dispositif électronique selon l'un quelconque des exemples 17 à 19, comprenant un filtre, une cavité optique ou une lentille comportant la première région de cuivre.
Exemple 21. Dispositif électronique selon l’exemple 20, dans lequel le filtre est un filtre plasmonique, un filtre interférentiel ou un filtre à transmission induite, ou la cavité optique est une cavité Fabry-Perot.
Exemple 22. Capteur d'image comprenant un dispositif électronique selon l'un quelconque des exemples 17 à 21.
Les applications des modes de réalisation couvrent tous les dispositifs électroniques dans lesquels on cherche à réaliser une interface entre une couche de cuivre et une couche en oxyde, en particulier un oxyde de silicium, tel que SiO 2 , SiON, ou un métal oxydé, la couche de cuivre et/ou la couche en oxyde ou en métal oxydé pouvant être continue ou discontinue.
Les modes de réalisation peuvent en particulier s’appliquer à la réalisation de filtres optiques métalliques, ou de lentilles métalliques, destinés à être assemblés à des capteurs optiques, tels que les capteurs d'images.
Un exemple de capteur optique peut être un capteur de lumière ambiante (ALS, pour Ambiant Light Sensor en anglais), un filtre passe-bande infrarouge (Infrared Bass-Band Filter en anglais).
Les modes de réalisation peuvent également s’appliquer à des structures de redistribution de courant comprenant du cuivre en contact avec un oxyde ou un métal oxydé.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, selon les applications visées, les régions de cuivre ne sont pas nécessairement discontinues (sous forme de portions de cuivre alternant avec des portions diélectriques) et peuvent, par exemple, correspondre à des couches continues de cuivre. De plus, le nombre de couches, ainsi que leurs épaisseurs et le choix des premier et deuxième matériaux diélectriques apparaitront à une personne du métier selon l’application visée.
Protection d’un circuit intégré contre des décharges électrostatiques L’invention concerne les dispositifs électroniques, et notamment ceux destinés à la protection d’un circuit intégré contre les décharges électrostatiques (ESD : ElectroStatic Discharge), par exemple mais non limitativement ceux destinés à protéger des circuits intégrés de mémoires non volatiles en particulier du type EEPROM.
Un circuit intégré peut comporter -des plots (« pads » en langue anglaise) d’entrée/sortie destinés à recevoir et/ou transmettre des signaux électriques et connectés à un domaine du circuit intégré implémentant une fonctionnalité particulière, comme par exemple un dispositif de mémoire non volatile du type EEPROM, -un plot d’alimentation destiné à recevoir une tension d’alimentation à partir de laquelle le domaine peut être alimenté, et -un plot de masse.
Lorsque le circuit intégré n’est pas en fonctionnement, il peut être soumis à une décharge électrostatique pouvant se produire entre deux plots quelconques parmi ceux mentionnés ci-avant.
Une décharge électrostatique se traduit typiquement par une impulsion très brève de courant (typiquement de l’ordre d’une centaine de nanosecondes) dont le pic de courant est de l’ordre par exemple de 2 ampères et intervient typiquement au bout de 10 nanosecondes. Typiquement un tel pic de courant se produit par exemple pour une différence de potentiel impulsionnelle de 3 kV HBM appliquée entre deux plots au travers d’un circuit équivalent R-L-C.
Enfin, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans le turbomoteur 1.
Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, le turbomoteur 1 comprend, d’amont en aval, une entrée d’air 26, le compresseur 4, la chambre de combustion 5, une turbine de détente 6 (ou turbine haute pression), une turbine de puissance 7 (ou turbine basse pression), et la tuyère d’échappement 9.
Plus précisément, le compresseur 4 est alimenté en air via l’entrée d’air 26 et comprend deux étages de compression centrifuge. Les rouets 27 du compresseur 4 sont liés en rotation à la roue 28 de la turbine de détente 6 via un premier arbre de transmission 29. Les rouets 27 du compresseur 4 et la roue 28 de la turbine de détente 6 sont mobiles autour de l’axe X.
La chambre de combustion 5 est alimentée en air comprimé et en carburant via un ou plusieurs injecteurs. L’air comprimé sortant du compresseur 4 traverse préalablement le premier circuit 11 de l’échangeur de chaleur 10 avant d’entrer dans la chambre de combustion 5. L’air comprimé est ainsi réchauffé avant son entrée dans la chambre de combustion 5. Le mélange air/carburant est brûlé sous l’action d’un ou plusieurs dispositifs d’allumage. La chambre de combustion 5 est ici à flux inversé (ou à retour), ce qui présente l’avantage de minimiser l’encombrement axial du turbomoteur.
La turbine de détente 6 (ou turbine haute pression) comprend un unique étage de détente axiale. Tel qu’indiqué ci-dessus, la roue 28 de la turbine de détente 6 est liée en rotation aux rouets 27 du compresseur 4 via le premier arbre de transmission 29. Les gaz d’échappement provenant de la chambre de combustion 5 sont détendus dans la turbine de détente 6 puis dans la turbine de puissance 7.
Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, la turbine de puissance 7 (ou turbine basse pression) est indépendante du générateur de gaz 3 et comprend un unique étage de détente axiale. La roue 30 de la turbine de puissance 7 est liée en rotation à la prise de mouvement 8 via un second arbre de transmission 31 qui traverse le premier arbre de transmission 29. La roue 30 de la turbine de puissance 7 et la prise de mouvement 8 sont mobiles autour de l’axe X. Les gaz d’échappement sortant de la turbine de puissance 7 traversent préalablement le second circuit 16 de l’échangeur de chaleur 10 avant d’être évacués dans l’environnement extérieur via la ou les ouvertures d’échappement 21 de la tuyère 9.
La prise de mouvement 8 (également appelée prise de force) se trouve ici en amont de l’entrée d’air 26 et entraine en rotation par exemple un ou plusieurs propulseurs de l’aéronef 2, et/ou un alterno-générateur (ou une génératrice électrique) pour de la génération électrique.
Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, la tuyère 9 se trouve à une extrémité aval du turbomoteur 1. La tuyère 9 est annulaire autour de l’axe X et centrifuge, ce qui présente l’avantage de minimiser l’encombrement axial du turbomoteur. Le terme « centrifuge » qui est associé à la tuyère 9 exprime le fait que la tuyère 9 est dirigé suivant un sens qui éloigne de l’axe X, les gaz d’échappement s’éloignant ainsi progressivement de l’axe X.
Plus précisément, la portion amont 19 de la tuyère 9 est coudée, et s’éloigne radialement de l’axe X suivant le sens d’écoulement des gaz d’échappement dans la tuyère 9. La portion amont 19 est définie par une paroi interne 32 et une paroi externe 33. La paroi interne 32 présente deux tronçons convexes séparés par un tronçon concave, la concavité/convexité d’un tronçon étant évaluée depuis l’extérieur de la tuyère 9. La paroi externe 33 est quant à elle concave, la concavité de la paroi externe 33 étant également évaluée depuis l’extérieur de la tuyère 9. La portion aval 22 de la tuyère 9 est droite et orientée radialement. La tuyère 9 comprend ici une unique ouverture d’échappement 21 qui est orientée radialement et disposée à 12h par analogie au cadran d’une montre ou d’une horloge. La tuyère 9 pourrait comprendre plusieurs ouvertures d’échappement 21 (par exemple deux), de préférence disposées de manière symétrique suivant un plan vertical médian du turbomoteur. La ou les ouvertures d’échappement 21 de la tuyère 9 pourraient être orientées axialement.
L’échangeur de chaleur 10 permet de récupérer l’énergie thermique résiduelle des gaz d’échappement pour réchauffer l’air comprimé sortant du compresseur 4 avant son entrée dans la chambre de combustion 5. L’échangeur de chaleur 10 est annulaire autour de l’axe X et disposé dans la tuyère 9. Une telle disposition de l’échangeur de chaleur 10 permet d’optimiser l’encombrement du turbomoteur. L’échangeur de chaleur 10 peut être sectorisé et comprend plusieurs secteurs (ou cartouches) répartis autour de l’axe X.
L’échangeur de chaleur 10 comprend un premier circuit 11 et un second circuit 16 qui sont indépendants l’un de l’autre et destinés à recevoir respectivement de l’air comprimé et des gaz d’échappement. Les premier et second circuits 11, 16 sont délimités par des surfaces communes ou proches, de sorte à favoriser l’échange de chaleur entre les gaz d’échappement (flux chaud) du second circuit 16 et l’air comprimé (flux froid) du premier circuit 11.
Tel qu’illustré sur les figures 1 et 2, le premier circuit 11 comprend deux passes axiales. L’air comprimé fait donc un demi-tour dans le premier circuit 11 de l’échangeur de chaleur 10. L’entrée 12 du premier circuit 11 est reliée à la sortie 13 du compresseur 4 via une alimentation amont 34. La sortie 14 du premier circuit 11 est reliée à l’entrée 15 de la chambre de combustion 5 via une alimentation aval 35.
Le second circuit 16 comprend une seule passe radiale. L’entrée 17 du second circuit 16 est reliée à la sortie 18 de la turbine de puissance 7 via la portion amont 19 de la tuyère 9. La sortie 20 du second circuit 16 est reliée à l’ouverture d’échappement 21 via la portion aval 22 de la tuyère 9.
Le turbomoteur 1 fonctionne ici selon un « cycle récupéré ». En effet, l’énergie thermique résiduelle des gaz d’échappement est ainsi récupérée via l’échangeur de chaleur 10, de manière à réchauffer l’air comprimé sortant du compresseur 4 avant son entrée dans la chambre de combustion 5.
Le tableau 5 ci-dessus présente plusieurs exemples différents de nanomatériaux de carbone poreux à parois minces interconnectées tridimensionnelles fabriqués par un procédé d'exo-assemablge pour différentes combinaisons de précurseurs, d'agent d'activation/assemblage, de rapport de pondération précurseur/agent d'activation/assemblage et de rapport de carbonisation - ce qui donne les différentes combinaisons de propriétés de texture et de composition chimique indiquées, où Vbet = surface apparente, Vp = volume total des pores et Vmicro = volume des micropores.
Exemple 15 : Nanomatériau de carbone poreux à parois minces interconnectées tridimensionnelles : Capacités et performances.
Les nanomatériaux de carbone poreux à parois minces interconnectées tridimensionnelles de l'exemple 14 peuvent être utilisés comme électrodes dans des condensateurs électrochimiques. L'électrode comprend un liant organique, qui peut être, par exemple, du PTFE ou du PVDF. En option, l'électrode comprend également un promoteur de la conductivité électrique comme, par exemple, le carbone noir, le graphène, les nanotubes de carbone, etc. Dans un exemple typique, on prépare un mélange de 85 % en poids de substance active, de 10 % en poids de liant et de 5 % de promoteur de conductivité électrique.
La méthode de fabrication des électrodes peut inclure la préparation d'une pâte des différents composants ou de leur mélange sec dans un mortier. La pâte peut être déposée sur un collecteur de courant ou peut être façonnée en électrodes autoportantes comme des électrodes en forme de disque. Les électrodes peuvent ensuite être pressées ou broyées au rouleau avant d'être utilisées dans un condensateur électrochimique.
Un condensateur électrochimique symétrique peut être assemblé à l'aide des électrodes décrites ci-dessus. Deux électrodes de même masse et de même épaisseur peuvent être utilisées. Les collecteurs de courant peuvent être en or, en acier inoxydable, en aluminium, en nickel, etc., selon l'électrolyte utilisé.
L'électrolyte peut être une solution aqueuse acide telle que l'acide sulfurique ou chloridrique, une solution basique telle que l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium, un sel tel que le sulfate de lithium, le sulfate de sodium, le sulfate de potassium, etc, ou une solution organique comme un liquide ionique tel que le 1-éthyl-3-méthylimidazolium bis(trifluorométhylsulfonyl)imide, le 1-butyl-3-méthylimidazolium, le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide, le tétrafluoroborate d'éthyl-3-méthylimidazolium, le tétrafluoroborate du 1-butyl-3-méthylimidazolium, le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide du 1-butyl-1-méthylpyrrolidinium, etc., ou un liquide ionique pur tel que mentionné ci-dessus.