INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
un cœur de moteur comprenant une chambre de combustion agencée pour brûler un carburant ; une turbine, la turbine comprenant une pluralité d’aubes de turbine ; un compresseur agencé pour être utilisé en guise de source dʼair de refroidissement pour les aubes de turbine ; et un inducteur agencé pour accélérer et diriger l’air de refroidissement sur les aubes de turbine et comprenant une pluralité de voies de passage de flux d’air et une soupape de modulation agencée pour contrôler un flux d’air de refroidissement dans un sous-ensemble des voies de passage ; et
lʼutilisation du système de gestion de carburant pour fournir un carburant avec une masse volumique dans la plage allant de 760 à 840 kg/m 3 à 15 °C à la chambre de combustion ; et
le contrôle de la soupape de modulation pour ajuster le flux d’air de refroidissement en fonction de la température d’entrée de turbine.
Les inventeurs ont apprécié que l’utilisation de carburants différents des carburants à base de kérosène traditionnels, tels que des carburants d’aviation durables, peut conduire à des propriétés de carburant différentes, et que le fonctionnement du moteur peut être optimisé pour ces différentes propriétés de carburant. La masse volumique du carburant doit donc être considérée lors de la prise en compte du transfert de chaleur de l’huile au carburant, car un carburant de masse volumique inférieure à 15 °C est susceptible de nécessiter moins d’apport thermique pour atteindre une masse volumique souhaitée pour la combustion qu’un carburant avec une masse volumique supérieure à 15 °C. On aura à l’esprit que des propriétés de carburant à l’entrée de la chambre de combustion peuvent affecter les performances du moteur, par exemple, en raison de la taille des gouttelettes et des caractéristiques de pulvérisation de la tuyère qui influencent le mélange carburant-air et l’efficacité de la combustion.
Le carburant peut avoir une teneur en aromatique inférieure ou égale à 10 % en volume.
Selon un autre aspect, un moteur à turbine à gaz pour un aéronef est fourni, le moteur à turbine à gaz comprenant :
La montre un exemple de système de carburant alternatif 6000, comprenant un système d’alimentation en carburant et un système de gestion de carburant 6500 comprenant un trajet d’écoulement de carburant depuis le réservoir de carburant 50 vers la chambre de combustion 16 du moteur à turbine à gaz 10 de l’aéronef 1. Comme pour le système de carburant 1000, le carburant est pompé depuis le réservoir de carburant 50 par la pompe d’alimentation en carburant basse pression 1002. Le carburant s’écoule alors à travers un échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004 avant d’être pompé par une pompe à carburant moteur 1003. La pompe à carburant moteur 1003 peut être décrite comme une pompe à carburant principale.
Le système de carburant 6000 diffère du système de carburant 1000 en ce que le système de carburant 6000 comprend une soupape de remise en circulation 6010 située en aval de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004 et en amont d’une sortie 1006b de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006. Dans l’exemple illustré, la soupape de remise en circulation 6010 est située en aval de la pompe 1003.
Dans l’exemple illustré, la soupape de remise en circulation 6010 est située en aval de l’entrée 1006a de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006, mais en amont de la sortie 1006b. Il est envisagé que la soupape de remise en circulation 6010 puisse être située en amont de l’entrée 1006a de l’échangeur de chaleur secondaire 1006 dans d’autres exemples. La soupape de remise en circulation 6010 est agencée pour permettre à une quantité contrôlée de carburant qui a déjà traversé l’échangeur de chaleur primaire 1004 mais qui n’a pas traversé l’échangeur de chaleur secondaire 1006 d’être renvoyée vers l’entrée 1004a de l’échangeur de chaleur primaire 1004. Ceci fournit un mécanisme de contrôle de l’écoulement de carburant du système de carburant 6000. Le contrôle de l’écoulement de carburant dans le système de carburant 6000 peut fonctionner pour fournir des caractéristiques souhaitées du carburant (telles que la température ou la quantité de chaleur transférée de l’huile à celui-ci) à l’entrée de la chambre de combustion 16, et également pour fournir des températures d’huile souhaitées.
Un tuyau 6011, qui peut être qualifié de tuyau de remise en circulation car il transporte du carburant d’un point le long du trajet principal de l’écoulement à travers le moteur vers un point antérieur le long du trajet d’écoulement de sorte qu’il doit s’écouler le long d’une section du trajet d’écoulement plusieurs fois, peut donc être prévu, menant de la soupape de remise en circulation à un point sur le trajet d’écoulement en amont de l’entrée de l’échangeur de chaleur primaire 1004. Dans l’exemple illustré, la conduite 6011 de contournement renvoie le carburant remis en circulation à un point du trajet d’écoulement en amont à la fois de la pompe principale 1003 et de l’échangeur de chaleur primaire 1004, de telle sorte que le carburant remis en circulation passe à travers ces composants au moins deux fois.
La illustre un autre exemple alternatif du système de carburant 7000. Le système de carburant 7000 est similaire au système de carburant 6000 et diffère en ce qu’au moins une partie du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006 est fournie à des mécanismes d’aéronef supplémentaires 7010, et ensuite renvoyée vers un réservoir 50 plutôt que de s’écouler vers la chambre de combustion 16. Tout carburant non nécessaire pour ces systèmes auxiliaires 7010 peut être renvoyé directement au réservoir 50. Dans d’autres mises en œuvre, le carburant peut être renvoyé à un point du trajet de circulation de carburant juste en amont de la pompe 1002, au lieu du réservoir lui-même. Ces mécanismes 7010 peuvent comporter un ou plusieurs parmi un système antigivre de nacelle, des actionneurs, et/ou un carter de turbine et/ou des soupapes asservies de refroidissement d’aube (comme décrit ci-dessous). Au moins une partie du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006 est renvoyée au système d’alimentation en carburant (par exemple, au réservoir de carburant 50 ou à la pompe d’alimentation en carburant 1002) pour la redistribution. Dans d’autres mises en œuvre, le carburant utilisé dans un ou plusieurs tels mécanismes supplémentaires d’aéronef 7010 peut alors être passé à la chambre de combustion 16 plutôt que de revenir à un réservoir 50.
La illustre un autre exemple alternatif de système de carburant 7000a. Le système de carburant 7000a est similaire au système de carburant 7000 et diffère en ce que la partie du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006 renvoyée pour rejoindre l’écoulement de carburant principal à son approche de la chambre de combustion 16 après éventuellement avoir été fournie à un ou plusieurs mécanismes d’aéronef supplémentaires 7010 (qui peuvent être tels que décrits ci-dessus). Tout carburant non nécessaire pour ces systèmes auxiliaires 7010 peut être renvoyé directement au trajet principal d’écoulement de carburant/chambre de combustion 16. Au moins une partie du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006 peut être renvoyée au trajet principal d’écoulement de carburant sans passer par les systèmes auxiliaires 7010 – la proportion dirigée vers les systèmes auxiliaires 7010 peut être ajustée en fonction du besoin. Dans d’autres mises en œuvre, le carburant utilisé dans un ou plusieurs tels mécanismes supplémentaires d’aéronef 7010 peut alors être renvoyé vers un réservoir 50 plutôt qu’envoyé à la chambre de combustion 16.
L’aéronef 1 comprend un système d’huile à remise en circulation agencé pour alimenter de l’huile pour lubrifier et éliminer la chaleur d’une pluralité de composants. Un exemple d’un système d’huile à boucle fermée 2000 est représenté schématiquement sur la . Le système dʼhuile à remise en circulation selon la revendication 7, comprend un système dʼhuile à boucle fermée. Dans l’exemple qui est décrit, un système d’huile à boucle fermée unique fournit la totalité du système d’huile à remise en circulation - dans des mises en œuvre alternatives, plusieurs boucles fermées séparées fluidiquement peuvent être utilisées, facultativement avec des huiles chimiquement distinctes et/ou des débits d’huile différents.
Le système d’huile à boucle fermée 2000 comprend un réservoir d’huile 2002 approprié pour contenir un volume d’huile. Dans certaines mises en œuvre, les gaz sont retirés de l’huile au sein du réservoir d’huile 2002 par un dé-aérateur.
Une pompe d’alimentation 2004 est conçue pour pomper de l’huile du réservoir d’huile 2002 à l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006. La température moyenne de l’huile entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006, aux conditions de croisière, est supérieure à la température moyenne de carburant entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006. Dans l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006, l’énergie thermique est transférée de l’écoulement d’huile vers l’écoulement du carburant. De cette manière, la température moyenne de l’écoulement d’huile sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006 est inférieure à la température moyenne de l’écoulement d’huile entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006. De cette manière également, la température moyenne du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006 est supérieure à la température moyenne de carburant entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006.
Depuis l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006, l’huile circule alors vers l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004 (éventuellement par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur air-huile, dans certaines mises en œuvre). Dans l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004, l’énergie thermique est transférée de l’écoulement d’huile vers l’écoulement du carburant. De cette manière, la température moyenne de l’écoulement d’huile sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004 est inférieure à la température moyenne de l’écoulement d’huile entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004. De cette manière également, la température moyenne du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004 est supérieure à la température moyenne de carburant entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004. À partir de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1004, l’écoulement d’huile est ensuite acheminé à travers les composants de moteur 2006, qu’elle est utilisée pour refroidir et/ou lubrifier, tels que des paliers d’arbre. L’huile sert de lubrifiant et de liquide de refroidissement au sein des composants de moteur 2006 et permet de gagner de la chaleur des composants de moteur 2006 au cours du procédé.
Depuis les composants de moteur 2006, l’huile est collectée dans le carter 2008. Une pompe de récupération 2010 est conçue pour pomper de lʼhuile du carter 2008 en retour dans le réservoir dʼhuile 2002.
La montre schématiquement un exemple de système d’échange de chaleur comprenant le système d’huile à boucle fermée 2000 de la et le système de carburant 1000 de la . Les deux systèmes 1000, 2000 sont présentés ensemble pour illustrer les interactions entre les écoulements de carburant et d’huile à l’intérieur du moteur à turbine à gaz 10. Des lignes noires épaisses indiquent l’écoulement de carburant, et les lignes noires fines indiquent l’écoulement d’huile.
La montre schématiquement un exemple de système d’échange de chaleur alternatif 9000, comprenant le système d’huile à boucle fermée 2000 de la et le système de carburant 7000a de la comportant la boucle de remise en circulation 6010, 6011, mais avec la position de la soupape de remise en circulation 6010 qui diffère légèrement de celle montrée sur la . En particulier, la soupape de remise en circulation 6010 est située en amont de la fourche dans le trajet d’écoulement de carburant vers l’échangeur de chaleur secondaire 1006, plutôt que d’être entre l’entrée vers 1006a et la sortie de 1006b de cet échangeur de chaleur 1006. Ainsi dans la mise en œuvre illustrée sur la , la totalité du carburant sortant de la pompe 1003 s’écoule à travers la soupape de remise en circulation 6010, contrairement à la mise en œuvre montrée sur la . La méthodologie de contrôle pour la soupape 6010 peut être ajustée de la manière appropriée. Là encore, des lignes noires épaisses indiquent l’écoulement de carburant, et des lignes noires fines indiquent l’écoulement d’huile. La comporte en outre les systèmes auxiliaires 7010 que le carburant peut travers après la sortie de l’échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1006 démontrant que ceux-ci peuvent utiliser le carburant avant qu’il soit ensuite passé dans la chambre de combustion 16 dans certaines mises en œuvre.
Les systèmes auxiliaires 7010 comportent un ou plusieurs soupapes asservies de refroidissement d’aube de turbine 1902 dans certaines mises en œuvre – ces soupapes 1902 peuvent être hydrauliques à carburant ; utilisant du carburant pour les actionner et sont abordées ci-dessous plus en détail par rapport à la . Dans d’autres mises en œuvre, ces soupapes peuvent être actionnées différemment (par exemple électroniquement, ou avec un fluide de travail différent) au lieu d’être hydrauliques à carburant. Ces soupapes 1902 peuvent être utilisées pour moduler le flux d’air pour refroidir le carter de turbine et/ou les aubes, et peuvent donc être décrites comme soupapes de modulation 1902.
Les soupapes de modulation 1902 peuvent être utilisées pour contrôler un flux d’air de refroidissement vers une turbine 17, 19 du moteur à turbine à gaz 10, à l’aide de l’air provenant d’un compresseur 14, 15 du moteur à turbine à gaz.
La illustre un appareil de refroidissement de turbine 1900 comprenant au moins une soupape de modulation 1902. L’appareil de refroidissement de turbine 1900 comprend un inducteur 1901 agencé pour accélérer et diriger l’air de refroidissement provenant du compresseur 14, 15 sur les aubes de turbine 17’, 19’ de la turbine 17, 19.
243 Came
3 Câble
31 Extrémité formant une butée, reliée au pêne
32 Extrémité fixée au barillet
4 Gâche
41 Découpe
5 Profilé
51 Plaquette
511 Découpe
52 Découpe de poignée
53 Couvercle du profilé
XX Axe du dispositif de fermeture
YY Axe de la biellette
Y1Y1 Axe du barillet
P Poussée sur la poignée
B1 Position de repos de la biellette
Le transfert contrôlé de chaleur de l’huile au carburant à travers le système d’échange thermique aux conditions de croisière joue un rôle dans le contrôle de la température d’huile, et différents carburants peuvent permettre un refroidissement d’huile amélioré, permettant ainsi d’optimiser les températures d’huile.
Les paliers lisses peuvent prendre une charge et/ou une chaleur supérieures plus que les engrenages, et qu’il peut donc être plus important de fournir une huile froide aux paliers lisses qu’aux engrenages, pour améliorer la lubrification et/ou permettre à plus de chaleur d’être éliminée par l’huile. Une température d’huile inférieure peut être atteinte si un volume d’huile plus faible est refroidi, pour la même température du milieu de refroidissement (ici, susceptible d’être le carburant). Le choix de ne pas refroidir une proportion de l’huile sortant du réservoir d’huile peut donc permettre à la partie refroidie de l’huile d’atteindre une température inférieure. Les inventeurs étaient conscients que, pour un meilleur rendement de refroidissement et de lubrification, le système de lubrification à remise en circulation peut donc être agencé pour fournir de l’huile à des températures différentes à des composants différents, en fonction de leurs besoins, plutôt que de traiter toute huile du système de la même manière. Le fait d’avoir des proportions de l’huile à des températures différentes et de permettre un mélange contrôlé de ces huiles à des températures différentes peut permettre un ajustement amélioré de la température de l’huile pour un usage/composant donné.
En outre, les paliers lisses sont généralement moins tolérants à la variation d’épaisseur de film de lubrification que les engrenages. Un « toucher » de contact métal-à-métal avec des paliers lisses peut provoquer une progression de défaillance beaucoup plus rapide que l’engrènement des engrenages. Les paliers lisses reposent sur un apport constant d’huile dans des conditions de fonctionnement quelconques, même en cas de défaillance dans le système d’alimentation en huile (par exemple, défaillance de pompe à huile ou fuite de tuyau). Il y a donc également un impact positif de pouvoir utiliser moins d’écoulement d’huile vers les paliers lisses. Comme l’huile plus froide permet d’utiliser un écoulement réduit d’huile pour un même effet de refroidissement, la redondance requise dans le système d’huile pour traiter les éventuelles défaillances peut être plus facilement gérée, et les composants du système d’huile peuvent être de taille plus petite. Par exemple, dans des systèmes actuels, l’huile peut être fournie aux paliers lisses à partir de deux alimentations en huile différentes et l’alimentation est le double de l’écoulement d’huile minimal requis, de telle sorte que si une alimentation échoue l’autre alimentation peut toujours fournir l’écoulement requis aux paliers. Avec une température d’huile réduite pour les paliers lisses, le double de l’écoulement requis peut toujours être requis, mais l’écoulement requis est inférieur à l’huile plus chaude. Cela a un impact positif en termes de taille de composant (par exemple, la taille de la pompe à huile) et améliore l’efficacité du réducteur de puissance et donc la consommation spécifique de carburant (SFC) du moteur. La mise en place du refroidissement sur la partie d’écoulement d’huile total qui est destinée aux paliers lisses peut donc être utilisée pour augmenter la quantité de chaleur qui peut être absorbée des paliers lisses (si le débit est maintenu le même, ou réduit d’une quantité suffisamment petite pour ne pas contrebalancer complètement l’effet bénéfique fourni par l’huile plus froide) et/ou pour permettre d’utiliser un débit réduit pour le même niveau d’élimination de chaleur.
Dans certaines mises en œuvre, par exemple, une parte d’huile d’un réservoir d’huile principal est refroidie (par passage dans un ou plusieurs échangeurs de chaleur), alors qu’une autre partie d’huile est envoyée du réservoir d’huile principal vers le réducteur sans ce refroidissement. Dans diverses mises en œuvre, aucune partie de l’huile non refroidie provenant du réservoir d’huile principal ne peut aller jusqu’aux paliers lisses ; i.e. seule l’huile refroidie provenant du réservoir d’huile principal peut aller jusqu’aux paliers lisses du réducteur. Toute l’huile non refroidie, mélangée à un pourcentage de l’huile refroidie, peut aller jusqu’aux engrenages du réducteur.
L’huile fournie aux paliers lisses peut être plus froide d’au moins 10 °C que l’huile fournie aux engrenages dans des conditions de croisière. L’huile fournie aux paliers lisses peut être plus froide d’au moins 15 °C, 20 °C, 25 °C, 30 °C, 35 °C, 40 °C ou 45 °C que l’huile fournie aux engrenages. L’huile fournie aux paliers lisses peut être plus froide de 30 °C que l’huile fournie aux engrenages. L’huile fournie aux paliers lisses peut être plus froide d’entre 20 °C et 40 °C que l’huile fournie aux engrenages.
L’huile fournie aux paliers lisses peut avoir une température comprise entre 80 °C et 120 °C, et éventuellement de 100 °C, aux conditions de croisière. L’huile fournie aux engrenages peut avoir une température comprise entre 100 °C et 140 °C, et éventuellement de 130 °C, aux conditions de croisière.
Le procédé peut comprendre le transfert de 300 à 500 kJ/m 3 de chaleur au carburant provenant de l’huile à travers le système d’échange de chaleur dans des conditions de croisière. Le procédé peut comprendre le transfert de 350 à 450 kJ/m 3 de chaleur au carburant provenant de l’huile à travers le système d’échange de chaleur dans des conditions de croisière. Le procédé peut comprendre le transfert de 400 kJ/m 3 de chaleur au carburant provenant de l’huile à travers le système d’échange de chaleur dans des conditions de croisière. Ce transfert de chaleur peut être utilisé pour contrôler la température de l’huile à l’entrée du réducteur.
L’huile peut avoir une température moyenne allant jusqu’à 160 °C, 180 °C, 200 °C ou 220 °C à l’entrée du système d’échange de chaleur dans des conditions de croisière.
En plus de gagner de la chaleur du réducteur principal, l’huile peut passer à travers et refroidir un ou plusieurs autres composants de moteur, comportant éventuellement un réducteur auxiliaire (AGB) et/ou une ou plusieurs chambres de palier. Ces composants du moteur peuvent ajouter plus de chaleur à l’huile, élevant sa température au-delà de ce qu’elle serait à partir de la chaleur prélevée depuis le réducteur principal.
L’huile dans le système de lubrification à remise en circulation peut donc passer à travers un réducteur auxiliaire et un ou plusieurs paliers lisses du moteur ainsi qu’à travers le réducteur principal, et l’huile peut avoir une température moyenne allant jusqu’à 220 °C à l’entrée du système d’échange de chaleur dans des conditions de croisière (même si l’huile sortant du réducteur principal est significativement plus froide).
Le moteur à turbine à gaz peut comprendre un générateur d’entraînement intégré.
Le système de lubrification à remise en circulation peut comprendre des premier et second systèmes à boucle fermée, dans lequel le second système à boucle fermée fournit de l’huile au réducteur, et le premier système à boucle fermée fournit de l’huile au générateur d’entraînement intégré. Le procédé peut comprendre le transfert de chaleur provenant d’huile dans le second système à boucle fermée au carburant. Le procédé peut comprendre le transfert de chaleur provenant d’huile dans le premier système à boucle fermée au carburant.
La chaleur peut être transférée de l’huile dans le premier système à boucle fermée au carburant avant que la chaleur soit transférée de l’huile dans le second système à boucle fermée au carburant.
Plus de chaleur peut être délivrée à l’huile dans le second système à boucle fermée par le réducteur que la sortie à l’huile dans le premier système à boucle fermée par le générateur d’entraînement intégré (IDG).
On aura à l’esprit que, alors que le réducteur délivre généralement plus de chaleur en termes de rejet de chaleur absolue, le rejet de chaleur du réducteur principal, qui peut également être appelé réducteur de puissance (PGB), conduit généralement à une chaleur de faible qualité avec des débits d’huile relativement élevés – i.e. le débit d’huile peut être maintenu élevé de telle sorte que l’huile sortant du réducteur ne parvient pas à une température élevée qu’elle obtiendrait si le débit d’huile était identique à celui à travers l’IDG. L’huile sortant du PGB est généralement encore plus chaude que l’huile sortant de l’IDG, bien que l’on aura à l’esprit que cela peut varier entre les mises en œuvre.
Par exemple, un PGB peut sortir autour de 75 kW de chaleur aux conditions de croisière. Le débit volumétrique d’huile au PGB dans les mêmes conditions peut être d’environ 0,002 m3/s. En revanche, un IDG peut délivrer uniquement environ 18,4 kW de chaleur aux conditions de croisière, soit seulement environ 25 % de la chaleur sortie du PGB – le PGB peut donc délivrer environ quatre fois autant de chaleur que l’IDG. Cependant, le débit volumétrique d’huile vers l’IDG peut être seulement de l’ordre de 0,00062 m3/s. L’huile sortant du PGB peut donc n’avoir qu’environ 1,2 fois la chaleur transférée à lui par unité de volume par comparaison avec l’huile sortant de l’IDG, malgré la sortie de la chaleur du PGB étant quatre fois plus élevée.