INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1006 peut présenter de l’huile utilisée pour lubrifier et/ou refroidir une boîte d’engrenages principale 30 du moteur à turbine à gaz 10 le traversant, et peut donc être décrit comme un échangeur de chaleur carburant-huile principal. L’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 peut avoir de l’huile utilisée pour lubrifier et/ou refroidir un ou plusieurs composants d’un générateur d’entraînement intégré 2006 passant à travers celui-ci, et peut donc être décrit comme un échangeur de chaleur carburant-huile de générateur d’entraînement intégré.
Les deux écoulements d’huile peuvent être séparés - physiquement séparés et éventuellement également chimiquement distincts et/ou ayant un débit différent. Une huile différente peut donc s’écouler à travers l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1006 de celle traversant l’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004.
En général, au moins la majorité du carburant qui traverse l’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 passe également par l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006, bien que soit l’un ou l’autre, soit chacun, des échangeurs de chaleur 1004, 1006 puisse être muni d’un contournement pour permettre à une partie du carburant d’éviter de traverser l’échangeur de chaleur respectif, par exemple sous la forme d’une conduite de contournement 1005 comme illustré sur la . Une soupape (non représentée) peut déterminer quelle proportion du carburant traverse l’échangeur de chaleur 1004 et quelle proportion traverse la conduite de contournement 1005.
Les deux échangeurs de chaleur 1004, 1006 peuvent donc être décrits comme étant en série l’un avec l’autre, par rapport à l’écoulement de carburant. En général, au moins la majorité du carburant qui traverse l’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 passe également par l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006, bien que chaque échangeur de chaleur 1004, 1006 puisse être muni d’un contournement pour permettre à une partie du carburant d’éviter de traverser l’échangeur de chaleur respectif, par exemple sous la forme d’une conduite de contournement 1005. Une soupape peut déterminer quelle proportion du carburant traverse l’échangeur de chaleur 1004 et quelle proportion traverse la conduite de contournement 1005. En outre ou en variante, une ou plusieurs conduites de contournement peuvent également être fournies pour permettre à lʼhuile de contourner un ou plusieurs échangeurs de chaleur.
L’échangeur de chaleur carburant-huile d’IDG 1004 et l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006 sont conçus de telle sorte qu’un écoulement d’huile est également acheminé à travers chacun – l’huile qui s’écoule à travers l’un est différente de l’huile s’écoulant à travers l’autre dans la mise en œuvre décrite, bien que l’on aura à l’esprit que la même huile peut circuler à travers un échangeur de chaleur carburant-huile puis à travers un autre échangeur de chaleur carburant-huile dans d’autres mises en œuvre. Dans de telles mises en œuvre, une ou plusieurs conduites de contournement pour huile ou carburant peuvent à nouveau être fournies pour permettre au(x) fluide(s) de contourner un ou plusieurs échangeurs de chaleur.
Les deux échangeurs de chaleur 1004, 1006 sont donc dans des systèmes à boucle fermée séparés 2000, 2000’, (Figures 7, 8) par rapport à l’écoulement d’huile, dans la mise en œuvre étant décrite, à savoir les huiles s’écoulant à travers les échangeurs de chaleur carburant-huile primaire et secondaire sont séparées fluidiquement, et peuvent être chimiquement distinctes l’une de l’autre.
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 traverse alors un échangeur de chaleur carburant-huile secondaire 1004 et un échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1006 avant d’atteindre une pompe à carburant moteur 1003, qui pompe le carburant le long de son trajet d’écoulement. 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 lʼéchangeur de chaleur carburant-huile primaire 1006 et agencée pour remettre en circulation au moins une partie du carburant qui a quitté lʼéchangeur de chaleur carburant-huile primaire en retour vers lʼentrée 1006a de lʼéchangeur de chaleur carburant-huile primaire 1006, permettant un transfert de chaleur supplémentaire entre lʼhuile du système à boucle primaire et le carburant. La soupape de remise en circulation 6010 peut déterminer quelle proportion du carburant est remise en circulation, et quelle proportion continue vers la chambre de combustion 16.
Dans l’exemple illustré, la soupape de remise en circulation 6010 est située en aval de l’échangeur de chaleur carburant-huile primaire 1006. Dans l’exemple illustré, la soupape de remise en circulation 6010 est positionnée en amont de la pompe à carburant moteur 1003. La soupape de remise en circulation 6010 est agencée pour permettre à une quantité commandée de carburant d’être renvoyée à l’entrée 1006a de l’échangeur de chaleur primaire 1006, s’écoulant de sorte à traverser l’échangeur de chaleur primaire 1006 plusieurs fois avant d’atteindre la pompe 1003 et la chambre de combustion 16. Il est envisagé que la soupape de remise en circulation puisse être positionnée en aval de la pompe à carburant moteur 1003 dans des mises en œuvre alternatives, par exemple comme illustré sur la . Dans de telles mises en œuvre, la soupape de remise en circulation 6010 serait agencée pour permettre à une quantité commandée de carburant d’être renvoyée à l’entrée 1006a de l’échangeur de chaleur primaire 1006, s’écoulant de sorte à traverser l’échangeur de chaleur primaire 1006 et la pompe 1003 plusieurs fois avant d’atteindre la chambre de combustion 16
Cette remise en circulation fournit un mécanisme de commande de l’écoulement de carburant du système de carburant 6000. La commande de l’écoulement de carburant dans le système de carburant 6000 peut fonctionner pour fournir des caractéristiques souhaitées du carburant (telles que la température, la quantité de chaleur transférée à celle-ci, la viscosité, et le pouvoir lubrifiant) à l’entrée de la chambre de combustion 16 ou la pompe 1003.
Une conduite 6011, qui peut être qualifiée de conduite de remise en circulation car elle transporte du carburant d’un point le long du trajet principal d’écoulement à travers le moteur jusqu’à un point antérieur le long de ce trajet d’écoulement de sorte que le carburant doit traverser la partie du trajet d’écoulement entre eux de nouveau, peut donc être prévue, menant de la soupape de remise en circulation à un point sur le trajet d’écoulement en amont de l’entrée 1006a à l’échangeur de chaleur primaire 1006. Dans certaines mises en œuvre, une conduite de remise en circulation 6011 et une conduite de contournement 1005 peuvent être prévues pour tout échangeur de chaleur 1004, 1006 donné. Dans certaines mises en œuvre, la même conduite 1005, 6011 peut servir à la fois de conduite de remise en circulation et de conduite de contournement - une ou plusieurs soupapes peuvent être utilisées pour commander le sens de l’écoulement du fluide à travers celles-ci.
Dans l’exemple illustré de la , à la différence de celui de la , la soupape de remise en circulation 6010 est située en aval de la pompe 1003, de sorte que le carburant remis en circulation a déjà traversé à la fois l’échangeur de chaleur primaire 1006 et la pompe 1003, plutôt que seulement l’échangeur de chaleur primaire 1006. La conduite de remise en circulation 6011 retourne le carburant remis en circulation vers un point sur le trajet d’écoulement en amont à la fois de la pompe principale 1003 et de l’échangeur de chaleur primaire 1006, de telle sorte que le carburant remis en circulation traverse ces deux composants une fois de plus. Le carburant remis en circulation à travers la pompe peut permettre une commande plus ajustable du débit de carburant vers la chambre de combustion 16 pour une vitesse d’arbre donnée du moteur 10, en notant que la vitesse de pompe (ou un groupe limité d’options de vitesse de pompe) est souvent fixée par la vitesse d’arbre. Par exemple, si un taux de combustion requis de carburant pour maintenir une poussée actuelle d’aéronef est inférieur à la vitesse de pompe minimale pour la vitesse d’arbre requise, une proportion plus importante de carburant peut être remise en circulation à travers la pompe de telle sorte que le débit à travers la pompe est plus élevé que le débit jusqu’à la chambre de combustion 16, réduisant de la sorte ou évitant le gaspillage de carburant.
Le moteur à turbine à gaz 10 de l’aéronef 1 comprend également 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. Le système d’huile à remise en circulation comprend un système à boucle d’huile primaire 2000 qui est un système d’huile à boucle fermée. Un exemple d’un tel système d’huile à boucle fermée primaire 2000 est représenté schématiquement sur la .
Le système d’huile à boucle fermée primaire 2000 comprend un réservoir d’huile 2002 adapté à 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 2000 à l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006. La température moyenne de l’huile entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006, aux conditions de croisière, est supérieure à la température moyenne du carburant entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006. Dans l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 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 principal 1006 est inférieure à la température moyenne de l’écoulement d’huile entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006, de sorte qu’elle est refroidie avant réutilisation comme lubrifiant et/ou liquide de refroidissement, permettant à l’huile refroidie d’éliminer plus de chaleur du système à lubrifier et/ou refroidir. De cette manière également, la température moyenne du carburant sortant de l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006 est supérieure à la température moyenne de carburant entrant dans l’échangeur de chaleur carburant-huile principal 1006.
L’écoulement d’huile est ensuite acheminé vers une boîte d’engrenages de puissance 30, qui peut également être décrit en tant que boîte d’engrenages principale 30 du moteur à turbine à gaz 10. La boîte d’engrenages de puissance 30 est agencée pour recevoir une entrée provenant de l’arbre central 26 et pour délivrer en sortie un entraînement à la soufflante 23 par l’intermédiaire de l’arbre de soufflante 42 et comprend des engrenages 28, 32, 38 et des paliers (par exemple, des paliers lisses) qui peuvent être lubrifiés et refroidis par l’huile. Le moteur 10 peut également comprendre un ou plusieurs paliers supplémentaires pour supporter les arbres 26, 42, qui peuvent être des paliers lisses. L’huile peut en outre être utilisée pour lubrifier et/ou refroidir les paliers lisses, et généralement augmente en température de façon significative en utilisation dans des conditions de croisière, de sorte à aider à refroidir les paliers et la boîte d’engrenages 30 lorsque le flux d’huile transporte la chaleur à l’écart des paliers et de la boîte d’engrenages 30. L’huile peut également être utilisée pour lubrifier un ou plusieurs autres composants moteurs 33, par exemple une boîte d’engrenages auxiliaire (AGB) et/ou une ou plusieurs chambres de palier. L’AGB 33, également connu sous le nom d’entraînement accessoire, lorsqu’il est présent, est une boîte d’engrenages qui fait partie du moteur à turbine à gaz 10, bien qu’il ne soit pas une partie du noyau de moteur 11 et n’entraîne pas la soufflante 23. L’AGB entraîne à la place les accessoires moteur, par exemple les pompes à carburant, et manipule généralement de grandes charges. Une quantité relativement importante de chaleur peut donc être déversée dans l’huile depuis l’AGB. Une ou plusieurs chambres de palier peuvent être lubrifiées par la même huile, et peuvent de manière similaire évacuer de la chaleur dans l’huile. Par unité d’huile qui s’écoule à travers eux, l’AGB et les chambres de palier peuvent ajouter plus de chaleur à l’huile que la boîte d’engrenages principale 30 dans la plupart des mises en œuvre.
Éventuellement, la boîte d’engrenages peut entraîner des composants supplémentaires et/ou alternatifs (par exemple le compresseur à pression intermédiaire et/ou un surpresseur).
D’autres moteurs à turbine à gaz auxquels la présente description peut être appliquée peuvent avoir des configurations alternatives. Par exemple, de tels moteurs peuvent avoir un autre nombre de compresseurs et/ou de turbines et/ou un autre nombre d’arbres d’interconnexion. À titre d’exemple supplémentaire, le moteur à turbine à gaz montré sur la a une tuyère à flux divisé 18, 20 ce qui signifie que le flux à travers le conduit de contournement 22 a sa propre tuyère 18 qui est indépendante de, et radialement à l’extérieur de, la tuyère de moteur de cœur 20. Cependant, ceci n’est pas limitant, et n’importe quel aspect de la présente description peut également s’appliquer à des moteurs dans lesquels le flux à travers le conduit de contournement 22 et le flux à travers le cœur 11 sont mélangés, ou combinés, avant (ou en amont de) une tuyère unique, qui peut être dénommée tuyère à flux mélangé. L’une et/ou l’autre des tuyères (qu’elles soient à flux mélangé ou divisé) peuvent avoir une aire fixe ou variable.
Alors que l’exemple décrit se rapporte à un turboréacteur à double flux, la description peut s’appliquer, par exemple, à n’importe quel type de moteur à turbine à gaz, tel qu’un rotor ouvert (dans lequel l’étage de soufflante n’est pas entouré par une nacelle) ou un turbopropulseur, par exemple. Dans certains agencements, le moteur à turbine à gaz 10 peut ne pas comprendre une boîte d’engrenages 30.
La géométrie du moteur à turbine à gaz 10, et des composants de celui-ci, est définie par un système d’axes classique, comprenant une direction axiale (qui est alignée sur l’axe de rotation 9), une direction radiale (dans la direction du bas vers le haut sur la ) et une direction circonférentielle (perpendiculaire à la page sur la vue de la ). Les directions axiale, radiale et circonférentielle sont mutuellement perpendiculaires.
Le carburant F fourni à l’équipement de combustion 16 peut comprendre un carburant hydrocarboné à base fossile, tel que le kérosène. Ainsi, le carburant F peut comprendre des molécules d’une ou plusieurs des familles chimiques de n-alcanes, iso-alcanes, cycloalcanes et aromatiques. En outre ou en variante, le carburant F peut comprendre des hydrocarbures renouvelables produits à partir de ressources biologiques ou non biologiques, autrement connu sous le nom de carburant aviation durable (SAF). Dans chacun des exemples fournis, le carburant F peut comprendre un ou plusieurs oligoéléments comportant, par exemple, du soufre, de l’azote, de l’oxygène, des substances inorganiques, et des métaux.
Les performances fonctionnelles dʼune composition donnée, ou mélange de carburant pour une utilisation dans une mission donnée, peuvent être définies, au moins en partie, par la capacité du carburant à traiter le cycle de Brayton du moteur à turbine à gaz 10. Les paramètres définissant les performances fonctionnelles peuvent comporter, par exemple, une énergie spécifique ; une densité d’énergie ; une stabilité thermique ; et des émissions comportant des matières particulaires. Une énergie spécifique relativement plus élevée (à savoir une énergie par unité de masse), exprimée en MJ/kg, peut réduire au moins partiellement le poids de décollage, ce qui fournit potentiellement une amélioration relative du rendement en carburant. Une densité énergétique relativement plus élevée (à savoir une énergie par unité de volume), exprimée en MJ/L, peut réduire au moins partiellement le volume du carburant au décollage, ce qui peut être particulièrement important pour des missions limitées en volume ou des opérations militaires impliquant un ravitaillement. Une stabilité thermique relativement plus élevée (à savoir le fait d’inhiber la dégradation ou la cokéfaction du carburant sous contrainte thermique) peut permettre au carburant de subir des températures élevées dans le moteur et des injecteurs de carburant, fournissant ainsi potentiellement des améliorations relatives dans l’efficacité de la combustion. Les émissions réduites, comportant des matières particulaires, peuvent permettre une formation de traînée de condensation réduite, tout en réduisant l’impact environnemental d’une mission donnée. D’autres propriétés du carburant peuvent également être essentielles à des performances fonctionnelles. Par exemple, un point de congélation relativement plus faible (°C) peut permettre à des missions à longue portée d’optimiser les profils de vol ; les concentrations minimales aromatiques (%) peuvent assurer un gonflement suffisant de certains matériaux utilisés dans la construction de joints toriques et de joints préalablement exposés aux carburants à fort contenu aromatique ; et, une tension superficielle maximale (mN/m) peut assurer une rupture de pulvérisation et une atomisation suffisantes du carburant.
Le rapport entre le nombre d’atomes d’hydrogène et le nombre d’atomes de carbone dans une molécule peut influencer l’énergie spécifique d’une composition donnée, ou mélange de combustible. Les carburants présentant des rapports supérieurs d’atomes d’hydrogène aux atomes de carbone peuvent avoir des énergies spécifiques plus élevées en l’absence de souche de liaison. Par exemple, les combustibles hydrocarbonés à base fossile peuvent comprendre des molécules ayant environ 7 à 18 carbones, avec une partie significative d’une composition donnée issue de molécules de 9 à 15 carbones, avec une moyenne de 12 carbones.
Un certain nombre de mélanges de carburant d’aviation durable ont été approuvés pour être utilisés. Par exemple, certains mélanges approuvés comprennent des rapports de mélange allant jusqu’à 10 % de carburant d’aviation durable, tandis que d’autres mélanges approuvés comprennent des rapports de mélange compris entre 10 % et 50 % de carburant d’aviation durable (le reste comprenant un ou plusieurs combustibles hydrocarbonés à base fossile, tels que le kérosène), avec des compositions supplémentaires en attente d’approbation. Cependant, il existe une prévision dans l’industrie aéronautique selon laquelle des mélanges de carburant d’aviation durable, comprenant jusqu’à (et incluant) 100 % de carburant d’aviation durable (SAF) seront finalement approuvés pour une utilisation.
Les carburants d’aviation durable peuvent comprendre un ou plusieurs parmi des n-alcanes, des iso-alcanes, des cycloalcanes et des aromatiques, et peuvent être produits, par exemple, à partir dʼun ou plusieurs parmi un gaz de synthèse (gaz de synthèse) ; des lipides (par exemple, matières grasses, huiles et graisses) ; des sucres ; et des alcools. Ainsi, les carburants d’aviation durable peuvent comprendre des teneurs en aromatique et/ou en soufre plus faibles, par rapport à des combustibles hydrocarbonés à base fossile. En outre ou en variante, des carburants d’aviation durable peuvent comprendre l’un et/ou l’autre parmi une teneur en iso-alcane et une teneur en cycloalcane plus élevées, par rapport à des combustibles hydrocarbonés à base fossile. Ainsi, dans certains exemples, des carburants d’aviation durable 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 de combustibles d’aviation durable, des carburants d’aviation durable peuvent fournir des effets bénéfiques comportant, par exemple, une ou plusieurs d’une énergie spécifique plus élevée (malgré, dans certains exemples, une densité d’énergie inférieure) ; une capacité thermique spécifique supérieure ; une stabilité thermique supérieure ; un pouvoir lubrifiant supérieur ; une viscosité inférieure ; une tension de surface inférieure ; un point de congélation inférieur ; des émissions de suie inférieure ; et, des émissions de CO2 inférieures, par rapport à des combustibles hydrocarbonés à base fossile (par exemple, lorsqu’ils sont brûlés dans l’équipement de combustion 16). Ainsi, par rapport aux combustibles hydrocarbonés à base fossile, tels que le kérosène, les carburants d’aviation durable peuvent conduire à l’une ou l’autre ou aux deux d’une diminution relative de la consommation spécifique de carburant, et d’une diminution relative des coûts de maintenance.
La montre un aéronef 1 avec un système de propulsion 2 comprenant deux moteurs à turbine à gaz 10. Les moteurs à turbine à gaz 10 sont alimentés en carburant provenant d’un système d’alimentation en carburant à bord de l’aéronef 1. Le système d’alimentation en carburant des exemples illustrés comprend une seule source de carburant 50, 53.
Au sens de la présente demande, le terme « source de carburant » signifie soit 1) un seul réservoir de carburant soit 2) une pluralité de réservoirs de carburant qui sont interconnectés fluidiquement.
Dans les présents exemples, la première (et, dans ces exemples, seule) source de carburant comprend un réservoir de carburant central 50, situé principalement dans le fuselage de l’aéronef 1 et une pluralité de réservoirs de carburant d’aile 53a, 53b, où au moins un réservoir de carburant d’aile est situé dans l’aile bâbord et au moins un réservoir de carburant d’aile est situé dans l’aile tribord pour l’équilibrage. Tous les réservoirs 50, 53 sont reliés fluidiquement dans l’exemple représenté, formant ainsi une seule source de carburant. Chacun du réservoir de carburant central 50 et des réservoirs de carburant d’aile 53 peut comprendre une pluralité de réservoirs de carburant interconnectés fluidiquement. On aura à l’esprit que cet agencement de réservoir est fourni à titre d’exemple uniquement, et n’est pas limitatif du champ d’application de cette description. Dans d’autres exemples, un aéronef 1 peut ne comporter qu’un seul réservoir de carburant 50, et/ou les réservoirs de carburant d’aile 53 peuvent être plus grands que le réservoir de carburant central 50, ou aucun réservoir de carburant central ne peut être prévu (avec tout le carburant au lieu d’être stocké dans les ailes de l’aéronef) – on comprendra que de nombreux agencements de réservoir différents sont envisagés et que les exemples qui ont été illustrés sont prévus dans un souci de facilité de description et non destinés à être limitatifs. Par exemple, les réservoirs d’aile 53a, 53b peuvent être interconnectés fluidiquement l’un à l’autre, mais isolés fluidiquement du réservoir de carburant central 50, fournissant deux sources de carburant distinctes, qui peuvent contenir des combustibles chimiquement distincts.