INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
est une vue de détail sur l’organe de connexion attachant ensemble trois éléments annulaires de la structure.
est une vue similaire à celle de la , en coupe partielle.
Description détaillée de l’invention En référence aux figures 1 à 9, l’invention concerne une structure modulaire (1) pour la réalisation d’une paroi, qui offre une solution polyvalente, rigide et recyclable pour diverses applications.
La structure est composée d’éléments annulaires (2) fabriqués en thermoplastique, tel qu’en polycarbonate, notamment recyclé, et par fabrication additive.
L’invention permet de fabriquer, en fabrication digitale directe, un très grand nombre de formes, régulières comme irrégulières, et de les attacher ensemble pour former des parois, planes, sphériques ou semi-sphériques, utilisées pour tout type de construction.
La paroi réalisée comprend ainsi une subdivision de surface en cellules, les éléments annulaires (2), à la manière des polygones de Thiessen ou de Voronoï qui forment un pavage intégral, du type des structures géodésiques bien connues.
Les éléments annulaires (2) sont de préférence conçus pour être empilables, ce qui permet un transport et un stockage facile et économique de la structure démontée.
La technique de fabrication additive mise en œuvre utilise un bras robotisé, tel qu’un robot à six axes par exemple, avec un extrudeur de matière thermoplastique, en l’occurrence de préférence du polycarbonate chauffé à une température comprise entre 230°C et 250°C. La buse de l’extrudeur dépose un fil fondu de polycarbonate sur une plateforme de construction, qui est ensuite refroidi et durci. Le refroidissement peut être réalisé par un ventilateur, assurant une solidification rapide et homogène du matériau. Ce processus est répété couche par couche jusqu’à ce que la forme souhaitée de l’élément annulaire soit obtenue.
On connait par exemple un certain nombre de dispositifs d’assemblage de blocs dits « briques en verre ».
On connait en particulier le brevet d’invention FR2949485, inventeur GIRARD Paul, intitulé « Complexe de barrettes cavalières et d’armatures planes segmentées, servant au montage et au chainage d’une construction de briques de verre ».
Ce type de dispositif présente des inconvénients:
Il se limite exclusivement au cas des parois constituées de briques de verre au détriment des autres blocs.
Il nécessite un entrecroisement d’armatures verticales et horizontales assez complexe à réaliser.
Les armatures ne peuvent ensuite être directement solidarisées bout à bout mais nécessitent leur liaison par des barrettes cavalières associés à des vis.
Ce montage doit être possible en présence de blocs parallèlement agencés en contact avec lesdites armatures.
De plus, les armatures sont systématiquement à cheval en regard de plusieurs blocs, ce qui nécessite des éléments tiers aux angles de la paroi, tant sur sa surface d’appui au sol que sur les faces latérales et sur la face sommitale.
En outre, un tel dispositif nécessite que les armatures verticales encaissent les efforts de compression au cours du temps, au lieu de les accompagner.
Enfin, la mise en œuvre de ce complexe est longue, ardue et délicate.
Le but principal de la présente invention est donc de pallier ces différents inconvénients en proposant un dispositif d’assemblage de blocs quadrangulaires présentant quatre faces d’assemblage et deux faces de parement destinés à réaliser une paroi, assemblés en rangées superposées droites ou enquinconce, et constitué par un réseau de profilés horizontaux et verticaux disposés entre les blocs,
Selon une caractéristique majeure de l’invention, les profilés présentent des faces d’appui planes, aptes à coopérer avec au moins un desdits blocs en vis-à-vis, d’une part, et ne sont pas entrecroisés, d’autre part.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les blocs, par exemple des « briques en verre », présentent sur leurs faces d’assemblage un profil en gorge comportant une dépression centrale limitée par deux reliefs latéraux, les profilés présentent des rainures latérales sur les faces d’appui aptes à épouser les reliefs latéraux des blocs et ainsi à empêcher des déplacements perpendiculaires à la paroi.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les profilés horizontaux sont généralement munis à au moins une de leurs extrémités de tenons et mortaises permettant de les emboiter deux à deux, un trou horizontal parallèle aux faces d’appui agencé dans les tenons étant apte à recevoir ensuite une goupille de blocage de l’emboitement, hormis le cas dans lequel le profilé horizontal présente une longueur qui correspond à celle d’une couche des blocs assemblés.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les profilés verticaux sont généralement munis à au moins une de leurs extrémités de tenons et mortaises permettant de les emboiter deux à deux, un trou horizontal parallèle auxdites faces d’appui agencé dans les tenons étant apte à recevoir ensuite une goupille de blocage de l’emboitement, hormis le cas dans lequel le profilé vertical présente une longueur qui correspond à celle de la hauteur de l’ensemble des couches des blocs assemblés.
Selon une autre caractéristique de l’invention, les profilés horizontaux et verticaux sont munis sur leurs faces d’appui de lumières, disposées en fonction de la géométrie des blocs à assembler, et aptes à autoriser le passage des tenons d’un ou de deux des profilés qui leur sont perpendiculaires, un trou horizontal parallèle aux faces d’appui agencé dans les tenons étant apte à recevoir ensuite une goupille de blocage de l’emboitement des tenons.
Art antérieur Il est connu de l’état de la technique des structures modulaires utilisées pour la réalisation de parois et d’ensembles géodésiques.
Ces structures sont généralement conçues pour être facilement assemblées et démontées, offrant une flexibilité dans la conception et la construction de diverses formes et tailles.
Les matériaux et les méthodes de fabrication employés dans l’art antérieur varient, incluant des structures en bois, en métal et en plastique, ainsi que des méthodes de fabrication telles que l’usinage, le moulage par injection et l’extrusion.
Dans l’art antérieur, les structures modulaires sont souvent constituées d’éléments en forme de barres ou de panneaux, qui sont assemblés à l’aide de divers mécanismes de connexion, tels que des boulons, des vis, des clips ou des encoches. Ces mécanismes de connexion permettent généralement un certain degré de réglage et de démontage, mais peuvent parfois être complexes à assembler ou nécessiter des outils spécifiques.
Les structures géodésiques, en particulier, sont basées sur des polyèdres, tels que des icosaèdres ou des dodécaèdres, et sont constituées par exemple de triangles, de pentagones ou d’autres formes géométriques qui sont assemblées pour former une structure sphérique ou semi-sphérique. Ces structures sont connues pour leur résistance et leur légèreté, et sont utilisées dans diverses applications, telles que la réalisation de dômes, de serres, d’abris temporaires et de structures architecturales.
L’art antérieur comprend également l’utilisation de matériaux thermoplastiques, tels que le polycarbonate, pour la fabrication de structures modulaires. Le polycarbonate est un matériau léger, résistant aux impacts et transparent, ce qui le rend particulièrement adapté pour des applications telles que la réalisation des serres, des abris et des parois vitrées.
La fabrication additive, notamment l’impression 3D, a également été utilisée dans l’art antérieur pour produire des structures modulaires, offrant une flexibilité de conception et la possibilité de créer des formes complexes qui seraient difficiles à réaliser avec des méthodes de fabrication traditionnelles.
Toutefois, malgré les avantages offerts par l’art antérieur, il existe toujours un besoin d’améliorer la facilité d’assemblage et de démontage, la rigidité et la recyclabilité des structures modulaires, en particulier celles fabriquées à partir de matériaux thermoplastiques et par fabrication additive.
L’un des buts de l’invention est donc de remédier aux problèmes de l’art antérieur en proposant une structure modulaire pour la réalisation d’une paroi permettant un montage/démontage rapide et facile, une rigidité accrue et une recyclabilité optimisée.
À cet effet, il a été mis au point une structure modulaire pour la réalisation d’une paroi, ladite structure comprenant : - au moins trois éléments annulaires fabriqués en thermoplastique, tel qu’en polycarbonate, et par fabrication additive ; chaque élément annulaire présente une paroi latérale pourvue d’un repli annulaire vers l’intérieur pour faire office de raidisseur ; - un organe de connexion pour attacher les éléments annulaires les uns aux autres, ledit organe de connexion comprenant deux blocs, chacun comprenant au moins trois griffes de fixation, chaque griffe étant prévue pour s’accrocher sur une bordure d’un élément annulaire, les deux blocs de l’organe de connexion étant prévus pour prendre appui de part et d’autre des éléments annulaires ; - un système de vissage pour rapprocher les deux blocs de l’organe de connexion et verrouiller l’ensemble.
De cette manière, l’assemblage de plusieurs de ces structures modulaires permet de réaliser des parois de manière rapide et facile, avec une rigidité accrue et une recyclabilité optimisée puisque l’assemblage est réversible. Après démontage, il est possible de stocker la structure pour une réutilisation ultérieure, ou bien la recycler avec d’un côté le thermoplastique et de l’autre côté les blocs de connexion et le système de vissage.
La paroi réalisée permet la construction de dômes, de serres, de pergolas, d’abris temporaires et des structures architecturales, de type structures géodésiques.
De préférence, les éléments annulaires sont de forme polygonale, tel qu’hexagonale, et sont avantageusement empilable pour faciliter leur stockage avant le montage ou après le démontage.
Selon une forme de réalisation particulière, le système de vissage comprend un tube dont les deux extrémités sont taraudées et positionné entre les deux blocs de l’organe de connexion, et deux vis, chacune transversant un orifice épaulé ménagé dans le bloc correspondant, et adaptée pour venir se visser dans le tube pour rapprocher et serrer les deux blocs de l’organe de connexion.
Selon des formes de réalisation préférées, le repli annulaire vers l’intérieur présente une section transversale en arc de cercle ou en triangle par exemple. Cela permet de faire office de raidisseur, mais aussi de créer des sortes de portions de poutres tubulaires courant au sein de la paroi réalisée par l’assemblage de plusieurs structures, participant à la rigidité de l’ensemble. Ces portions tubulaires permettent également le passage d’éléments fonctionnels, tels que de câbles ou gaines.
L’invention concerne également un procédé d’assemblage d’une structure modulaire telle que précitée, comprenant les étapes consistant à : - positionner les éléments annulaires adjacents les uns aux autres ; - fixer les éléments annulaires ensemble à l’aide de l’organe de connexion ; - serrer les deux blocs de l’organe de connexion à l’aide du système de vissage.
Il est connu que le rendement en débit d’une pompe hydraulique se dégrade au cours du temps notamment par l’usure des pièces mobiles telles que les ensembles piston/chemise. Le rendement volumétrique de la pompe 103 à l’état neuf est généralement de l’ordre de 90% à 95% (si la pompe 103 est une pompe à pistons) : en effet une certaine quantité de fluide retourne au réservoir 104, notamment par le drain 109, conséquence des fuites internes de la pompe 103 résultant des jeux nécessaires à son fonctionnement.
La dégradation du rendement volumétrique avec l’usure occasionne une perte d’énergie disponible pour les dispositifs d’actionnement a, b, c, entrainant une dégradation de leurs performances. De plus, l’énergie « perdue » se dissipe en chaleur qui se répand dans le réservoir 104 pouvant entraîner une élévation excessive de la température du fluide hydraulique et conduire à une atteinte irréversible de ses propriétés.
Surveiller le rendement volumétrique de la pompe 103 permet donc de prévenir une dégradation excessive conduisant à une perte de puissance qui impacterait les performances du système d’actionnement hydraulique dans son ensemble.
Pour évaluer le rendement volumétrique, on calcule le quotient du débit de refoulement Q r par le débit théorique Q th . Le débit théorique Q th est obtenu par le produit de la vitesse de rotation du moteur W m , grandeur mesurée pour les besoins de la commande du moteur 101, et la cylindrée C p de la pompe 103, connue par construction. On a donc :
Q th = W m x C p
Pour connaître le débit de refoulement Q r on aurait pu installer un capteur de débit au port de refoulement de la pompe 103. Cependant, ce type de capteur est encombrant, de masse non négligeable, et sa mesure peut être biaisée par l’effet de la température du fluide hydraulique et de l’environnement.
Selon l’invention, on se propose d’exploiter la présence de la restriction et des capteurs de pression 115 et 116 en amont et en aval de ladite restriction pour déterminer le débit réel du fluide hydraulique à partir de la mesure de la pression différentielle entre les deux ports de l’électrovanne de réchauffage 110.
Comme indiqué précédemment, la restriction est constituée d’un orifice calibré au travers duquel s’écoule le fluide hydraulique. L’actionnement de la pompe 103 pendant la phase de réchauffage force le passage du fluide hydraulique dans la restriction. Le fluide va s’échauffer en passant dans la restriction et cet échauffement est proportionnel au débit de fluide et à la perte de charge occasionnée par la restriction. La perte de charge réelle au travers de la restriction est comprise dans une plage de valeurs résultant des dispersions de fabrication. Ainsi, pour une pression différentielle mesurée, il est possible de déterminer la plage de débit correspondante dans laquelle se situe le débit réel. La mémoire de l’unité électronique de commande 102 contient une table mettant en relation des valeurs de pression différentielle mesurée et des plages de valeurs de débit.
Dès lors, pour un différentiel de pression estimé, il est possible de déterminer une plage de débits dans laquelle le débit réel est compris. L’évaluation de la pression différentielle en amont et en aval de la restriction est réalisée au sein de l’unité électronique de commande 102 à partir des mesures de pression fournies par les capteurs de pression 115, 116 et le débit correspondant au différentiel de pression est déterminé à partir de la table mémorisée. Pour chaque pression différentielle mesurée, on retiendra la valeur inférieure de la plage de valeurs de débit car la finalité du procédé est d’estimer le rendement volumétrique de la pompe à partir duquel une opération de maintenance est requise ; considérer la limite supérieure résulterait à une surestimation du débit réel, et donc du rendement volumétrique.
Le calcul du rendement volumétrique est réalisé uniquement lorsqu’aucun dispositif d’actionnement n’est actif, afin que l’intégralité du débit à la sortie de la pompe 103 traverse la restriction de l’électrovanne de réchauffage 110. Ce calcul interviendra de préférence en phase de vol, phase pendant laquelle les actionneurs d’atterrisseur ne sont pas utilisés. Dans le cas où le rendement volumétrique est inférieur à un certain seuil, par exemple 60%, l’unité électronique de commande 102 avertit le système de maintenance de l’aéronef de la dégradation excessive de la pompe 103. Le diagramme ci-dessous décrit le procédé d’évaluation du rendement volumétrique de la pompe.
De préférence, la géométrie interne de la restriction par laquelle s’écoule le fluide hydraulique est telle que l’écoulement est turbulent afin de s’affranchir de l’effet de la viscosité du fluide hydraulique sur la perte de charge et qui est fortement dépendante de la température. Ainsi, pour une température de fluide supérieure à T=0°C la perte de charge au travers de la restriction est identique quelle que soit la température sous un débit donné.
Le procédé de surveillance du rendement de la pompe 103 est donc réalisé en même temps qu’une phase de réchauffage lorsqu’aucun dispositif d’actionnement n’est actif.
Après l’actionnement du moteur 101 et l’ouverture de l’électrovanne de réchauffage 110 (étape 45 sur la ), le procédé de surveillance mis en œuvre par l’unité électronique de commande 102 comprend les étapes de : vérifier que la température mesurée par la sonde de température 108 est supérieure à 0°C (étape 46) ; dans l’affirmative, extraire des valeurs de pressions amont et aval des capteurs de pression amont et aval 115 et 116 et acquérir la valeur de la vitesse de rotation du moteur 101 (étape 47) ; estimer le débit réel (étape 48) ; calculer le rendement volumétrique (étape 49) et le comparer à un seuil de rendement par exemple égal à 60% (étape 50) ; si le rendement volumétrique est inférieur au seuil de rendement, émettre une alerte (étape 51).
On notera que des cas de défaillance de la vanne de réchauffage sont envisageables.
Si la vanne de réchauffage restait bloquée fermée (c’est-à-dire rendant impossible de réchauffer le fluide), la conséquence serait une dégradation des performances des systèmes commandés du fait de la viscosité importante du fluide si la température du réservoir atteignait un seuil critique (T<-30°C). Cette défaillance de la vanne de réchauffage n’entraine toutefois pas de conséquence catastrophique si l’équipage de l’aéronef est informé que la température du fluide est inférieure à un certain seuil (T<-30°C), sur la base de cette information, l’équipage agira alors de manière appropriée pour manœuvrer l’aéronef.
Cette défaillance peut être détectée par deux méthodes au moyen des composants mis en œuvre dans le système : en observant le différentiel de pression aux bornes de la vanne de réchauffage (au moyen des capteurs de pression 115 et 116). Si le différentiel est supérieur à un certain seuil (par exemple 200 bar pour une génération hydraulique à pression nominale de 206 bar), alors la vanne n’est pas ouverte ; en observant la température du fluide du réservoir. Si l’élévation de la température est inférieure à un certain seuil (par exemple 5°C) après un certain temps d’activation de la vanne de réchauffage (par exemple 1 minute), et si la pression au port d’alimentation de la vanne de réchauffage (capteur de pression 115) est supérieure à un certain seuil (par exemple 150 bar) alors cela signifie que la vanne de réchauffage ne s’est pas ouverte.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION L’invention concerne une turbomachine du type à injection de vapeur d’eau pour la propulsion d’un aéronef.
En référence à la , il est représenté une turbomachine 1 du type à injection de vapeur d’eau pour la propulsion d’un aéronef selon une forme de réalisation de l’invention.
Dans cet exemple, la turbomachine 1 est à double corps et comprend un générateur de gaz comprenant un compresseur basse pression 12a, un compresseur haute pression 12b, une chambre de combustion 13, une turbine haute pression 14b et une turbine basse pression 14a. Le compresseur basse pression 12a est solidaire en rotation de la turbine basse pression 14a via un arbre basse pression 15a. De manière analogue, le compresseur haute pression 12b est solidaire en rotation de la turbine haute pression 14b via un arbre haute pression 15b. Il va néanmoins de soi que l’invention s’applique à tout type de turbomachine comprenant au moins un compresseur et une turbine.
En référence à la , le compresseur basse pression 12a et le compresseur haute pression 12b accélèrent un flux d’air d’admission FA d’amont vers l’aval dans la chambre de combustion 13. Lors de la compression, la pression et la température du flux d’air d’admission FA augmentent de manière progressive, ce qui augmente son énergie.
La chambre de combustion 13 est configurée pour mélanger le flux d’air d’admission FA et un flux de carburant Q afin de réaliser une combustion qui émet un flux d’échappement FE pour entraîner en rotation la turbine haute pression 14b et la turbine basse pression 14b. Le flux d’échappement FE se détend dans les turbines 14a, 14b et perd en énergie. Dans cet exemple, la turbomachine 1 comprend un organe propulsif 11, par exemple une soufflante ou une hélice, qui est monté sur l’arbre basse pression en amont du compresseur basse pression 12a afin d’assurer une propulsion.
En référence à la , la turbomachine 1 comprend en outre un système d’injection 10 de vapeur d’eau VE dans le flux d’air d’admission FA afin d’augmenter la capacité calorifique du flux d’échappement FE lors de son passage dans les turbines 14a, 14b. Cela permet d’extraire plus de puissance des turbines 14a, 14b pour une même détente. En outre, cela permet d’introduire une différence de capacité calorifique entre le flux d’air d’admission FA qui est comprimé dans les compresseurs 12a, 12b et le flux d’échappement FE qui se détend dans les turbines 14a, 14b, permettant aussi d’améliorer la consommation spécifique en fonction des phases de fonctionnement.
Comme illustré à la , le système d’injection 10 comprend un dispositif de vaporisation 2 et un dispositif de condensation 3 qui sont montés en aval de la turbine basse pression 14a. Le flux d’échappement FE traverse successivement le dispositif de vaporisation 2 et le dispositif de condensation 3 comme cela va être présenté par la suite. Le dispositif de vaporisation 2 est positionné en amont du dispositif de condensation 3.
L’invention est remarquable en ce que le dispositif de condensation 3 est configuré pour condenser l’eau présente dans le flux d’échappement FE à partir de frigories présentes dans le flux de carburant Q alimentant la chambre de combustion 13. Cela permet d’éviter de réaliser des prélèvements extérieurs sur une aile d’un aéronef et d’augmenter la trainée.
Selon un aspect, la turbomachine 1 comprend au moins un échangeur de chaleur 6 dans lequel circule le flux de carburant Q alimentant la chambre de combustion 13 et au moins un circuit de fluide caloporteur CC configuré pour faire circuler un fluide caloporteur FC afin, d’une part, de refroidir le flux d’échappement FE dans le dispositif de condensation 3 et, d’autre part, de chauffer le flux de carburant Q dans l’échangeur de chaleur 6.
Dans cet exemple, en référence à la , l’échangeur de chaleur 6 comprend un côté froid dans lequel circule le flux de carburant Q et un côté chaud dans lequel circule le fluide caloporteur. Plusieurs technologies d’échangeur de chaleur 6 peuvent être mises en œuvre, en particulier, des ailettes, des tubes, des plaques, etc.
De manière préférée, le dispositif de condensation 3 possède également une structure d’échangeur et peut mettre en œuvre différentes technologies, en particulier, des ailettes, des tubes, des plaques, etc.
Le fluide caloporteur FC peut être de différentes natures, par exemple, CO2 supercritique, hélium, sel fondu ou autre. L’important est que le circuit de fluide caloporteur CC soit compatible avec le dispositif de condensation 3 et avec l’échangeur de chaleur 6.
En référence à la , la turbomachine 1 est configurée pour être alimentée à partir de carburant Q issu d’un réservoir cryogénique 4. Dans cet exemple, le carburant est de l’hydrogène liquide mais l’invention s’applique à d’autres types de carburant, par exemple, du méthane liquide, de l’ammoniac ou du gaz naturel liquéfié. Dans cet exemple, le carburant Q dans le réservoir cryogénique 4 est stocké à une température de l’ordre de -253°C (20 à 25 Kelvins). A cette température, le carburant est liquide. L’utilisation de carburant cryogénique Q permet de bénéficier d’une source froide efficace pour condenser l’eau dans le flux d’échappement FE. Dans cet exemple, la température du carburant Q en entrée de l’échangeur de chaleur 6 est de l’ordre de -253°C (20 Kelvins) tandis que la température du carburant Q en sortie de l’échangeur de chaleur 6 est de l’ordre de 27°C (300 Kelvins).