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FR3034814B1 - Turbomachine d'aeronef comprenant un systeme de degivrage - Google Patents

Turbomachine d'aeronef comprenant un systeme de degivrage Download PDF

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FR3034814B1
FR3034814B1 FR1552977A FR1552977A FR3034814B1 FR 3034814 B1 FR3034814 B1 FR 3034814B1 FR 1552977 A FR1552977 A FR 1552977A FR 1552977 A FR1552977 A FR 1552977A FR 3034814 B1 FR3034814 B1 FR 3034814B1
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valve
air
port
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defrosting
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FR1552977A
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English (en)
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FR3034814A1 (fr
Inventor
Julien Jegat
Matthieu Logeais
Marion Cornut
Brice Michel
Juan Tomas Prieto Padilla
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Airbus Operations SL
Airbus Operations SAS
Original Assignee
Airbus Operations SL
Airbus Operations SAS
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Publication date
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Abstract

L'invention concerne une turbomachine d'aéronef (100) comprenant un capot d'admission d'air (100'), un système de prélèvement d'air (150) et un système de dégivrage (140) comprenant une vanne (143) et un circuit de commande (144), ledit système de dégivrage (140) étant configuré pour envoyer de l'air prélevé sur le système de prélèvement (150) vers le capot (100') au travers de la vanne (143) pour assurer le dégivrage du capot (100'), le circuit de commande comprend un réseau de capteurs arrangés sur le système de prélèvement d'air (150) et le système de dégivrage (140) pour détecter le blocage de la vanne (155) associée au second port (153), la vanne (143) du système de dégivrage étant pilotée par le circuit de commande selon : - un mode de fonctionnement normal dans lequel la vanne autorise ou bloque le déplacement d'air dans le système de dégivrage ; - un mode de fonctionnement dégradé dans lequel la vanne régule la pression pour limiter la pression de l'air transitant dans la vanne en deçà d'une valeur prédéterminée, le mode de fonctionnement dégradé étant actif lorsque la vanne associée au second port est bloquée en position ouverte. L'invention permet de s'assurer qu'aucun gradient de température élevé ne soit vu sur le capot (100') puisque l'énergie des flux d'air provenant de la vanne (155) est diminuée en deçà d'une limite acceptable.

Description

TURBOMACHINE D’AERONEF COMPRENANT UN SYSTEME DE DEGIVRAGE
La présente invention concerne un système de dégivrage pour une turbomachine d’aéronef de type à double flux.
De manière connue, un système de dégivrage est accouplé à un capot d'admission d'air d’une turbomachine et a pour fonction de chauffer la peau extérieure du capot au contact de l’air afin de la garder exempte de toute accumulation de glace.
En référence avec la figure 1, on a représenté un système de dégivrage 40 soufflant de l’air chaud (température de 150°C à 400°C) à un dispositif de distribution d’air (non représenté) situé à l’intérieur du capot 1’. Cet air chaud est prélevé sur un système de prélèvement d'air 50 qui fournit de l'air aux systèmes utilisateurs d’air de l'aéronef sur lequel est montée la turbomachine. Le système de prélèvement d'air 50 prélève de l'air chaud au niveau des parties chaudes du moteur 2 de la turbomachine et de l'air froid au niveau du conduit de soufflante (non représenté) de la turbomachine 1. Afin que la température de l'air chaud fourni aux systèmes utilisateurs reste dans des limites acceptables (inférieur à 200°C), le système de prélèvement d'air comprend un échangeur 51 dans lequel les flux d'air froid et chaud s’entrecroisent. L’air chaud qui arrive dans l’échangeur 51 est prélevé soit d’un premier port de prise d’air 52 (température Tl= 200°C, pression Pl= 100 PSI, avec 1 PSI= 0,069 bar, unité de mesure de pression utilisée en aéronautique) soit d’un second port de prise d’air 53 (température T2>T1, T2=400°C, pression P2>P1, P2=400 PSI). Les deux ports 52, 53 sont localisés au niveau du compresseur haute pression 3 du moteur de la turbomachine. Une vanne 54,55 est associée à chacun des ports pour la régulation de la température et de la pression de l’air chaud arrivant à l’échangeur 51.
La vanne 55 associée au second port 53 est pilotée électriquement par une unité centrale 40 du système de prélèvement d’air tandis que l’ouverture ou la fermeture de la vanne 54 associée au premier port 52 est opérée par un système mécanique à différentiel de pression (non représenté). La configuration de fonctionnement est telle que lorsque la vanne 54 est fermée, la vanne 55 est ouverte et inversement, de sorte que la température de l’air chaud fournie à l’échangeur 51 soit fonction du port choisi.
Le système de dégivrage 40 comprend un conduit de piquage d’air 41 fluidiquement connecté au système de prélèvement d’air 50 pour y prélever l’air chaud et l’amener au niveau du capot 1’ de la turbomachine 1. Une vanne d’arrêt 43 (fonctionnement plein ouvert ou plein fermé uniquement), pilotée par un circuit de commande 44 du système de dégivrage vient fermer ou ouvrir le conduit de piquage pour amener de l’air chaud vers le capot l’lorsque l’aéronef traverse des conditions givrantes.
Afin de se conformer aux exigences de certification aéronautiques, le système de dégivrage 40 du capot 1 ’ doit pouvoir fonctionner même lorsque la vanne 55 associée au second port 53 est bloquée en position ouverte (en anglais : « fail safe open »). Le système de dégivrage 40 décrit ci-dessus répond à cette exigence puisque dans ce cas, le capot d’entrée de la nacelle est dimensionné pour résister à des températures de l’ordre de T2 donnée ci-dessus.
En revanche, pour les turbomachines à taux de dilution élevé (notamment supérieur à 12) les valeurs de températures et de pressions atteintes au niveau des ports de prises d’air sont très nettement supérieures aux valeurs mentionnées plus haut pour ces mêmes ports.
Dans ce cas, afin de répondre aux exigences de certification, il faudrait renforcer l’intégrité structurelle du capot 1’ afin que celui-ci résiste à des températures importantes de l’ordre de T2’= 600°C. Or puisque le diamètre des nacelles des turbomachines à fort taux de dilution est important (augmentation du diamètre de 40% entre un taux de dilution de 5 et un taux de dilution de 12), un blindage du capot I ’ impliquerait une augmentation conséquente du poids de la turbomachine 1 qui serait pénalisante pour les performances de l’aéronef ainsi équipé d’une telle turbomachine. II existe donc un besoin d’un système de dégivrage de capot d’une nacelle de turbomachine qui permet de prélever de l’air chaud sur le système de prélèvement d'air, qui soit adapté à des moteurs à forts taux de dilution et qui ne nécessite pas d’alourdir la nacelle pour répondre aux exigences de certification. L’invention répond à ce besoin et concerne une turbomachine d’aéronef comprenant un capot d’admission d’air, et un moteur, la turbomachine ayant un système de prélèvement d’air comprenant un premier et un second port de prise d’air arrangés sur le moteur de sorte à prélever de l’air sur ce dernier, les valeurs de température et de pression d’air au second port étant supérieures à celles de l’air au premier port, une vanne pilotable entre une position ouverte et une position fermée étant associée à chacun du premier et du second ports, la turbomachine comprenant en outre un système de dégivrage comprenant une vanne et un circuit de commande, ledit système étant configuré pour envoyer de l’air prélevé sur le système de prélèvement vers le capot au travers de la vanne du système de dégivrage, le circuit de commande comprenant un réseau de capteurs arrangés sur le système de prélèvement d’air et le système de dégivrage pour détecter le blocage de la vanne associée au second port, la vanne du système de dégivrage étant pilotée par le circuit de commande selon : - un mode de fonctionnement normal dans lequel la vanne du système de dégivrage autorise ou bloque le déplacement d’air dans le système de dégivrage ; - un mode de fonctionnement dégradé dans lequel la vanne du système de dégivrage régule la pression pour limiter la pression de l’air transitant dans ladite vanne en deçà d’une valeur prédéterminée, le mode de fonctionnement dégradé étant actif lorsque la vanne associée au second port est bloquée en position ouverte. L’invention permet de s’assurer qu'aucun gradient de température élevé ne soit vu sur le capot lorsque la vanne associée au second port est bloquée en position ouverte puisque l’énergie des flux d’air provenant du second port est diminuée en deçà d’une limite acceptable par la vanne du système de dégivrage.
Une turbomachine équipée d’un tel système de dégivrage répond ainsi aux exigences de certification sans qu’il soit nécessaire de renforcer l’intégrité structurelle du capot. Ce système est donc adapté à des turbomachines à taux de dilution élevés.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique selon une coupe longitudinale d’une turbomachine de l’art antérieur comprenant un système de prélèvement d’air et un système de dégivrage du capot d’admission d’air fluidiquement connecté audit système de prélèvement ; - la figure 2 est une schématique selon une coupe longitudinale d’une turbomachine selon l’invention comprenant un système de prélèvement d’air et un système de dégivrage d’un capot d’admission d’air fluidiquement et électriquement connecté audit système de prélèvement.
En référence avec la figure 2, la turbomachine 100 à double flux selon l’invention comprend un système de prélèvement d’air 150 et un système de dégivrage 140 pour fournir de l’air chaud prélevé sur le système de prélèvement d’air à un dispositif de distribution d’air (non représenté) situé à l’intérieur du d’un capot d’entrée d’air 100’ de la turbomachine afin d’éviter son givrage.
Le système de prélèvement d’air 150 comprend un échangeur 151, un premier port de prise d’air 152 situé à un premier étage d’un compresseur haute pression 130 d’un moteur 120 de la turbomachine 100 et un second port de prise d’air 153 situé à un second étage dudit compresseur, une tuyauterie 158 pour connecter les ports 152,153 à l’échangeur 151, des vannes 154,155,157 pilotables entre une position ouverte et une position fermée pour autoriser ou bloquer le passage d’air dans la tuyauterie vers l’échangeur.
Les valeurs de la pression et de la température de l’air chaud au niveau du second port 153 sont supérieures à celles de l’air chaud au niveau du premier port 152. A titre d’exemple, pour une turbomachine avec un taux de dilution de 12 :1, l’air chaud prélevé au niveau du premier port 152 a une température TT= 200°C et une pression PT= 100 PSI, tandis que l’air chaud prélevé au niveau du second 153 a une température T2’>T1’= 600°C et une pression P2’>P1’= 600 PSI,
Chaque port 152,153 est relié à l’échangeur 151 via la tuyauterie 158 comprenant un premier conduit 158a, un second conduit 158b et un conduit commun 158c. Le premier conduit 158a relie le premier port 152 à une entrée du conduit commun 158c le second conduit 158b relie le second port 153 à une entrée du conduit commun 158c ; une sortie du conduit commun 158c est quant à elle connectée à l’échangeur 151.
Une vanne 154,155 est arrangée sur chacun du premier et du second conduit 158a-b, en aval du premier port 152 et en aval du second port 153 pour ouvrir ou fermer ces conduits. En outre, de manière connue, une vanne 157 pilotée par l’unité centrale 156 est arrangée sur le conduit commun 158c, entre l’entrée du conduit commun 158c et l’échangeur 151 pour ouvrir ou fermer le conduit commun afin de réguler la pression de l’air chaud arrivant dans l’échangeur 151, soit du premier port 152 soit du second port 153.
La vanne 155 associé au second port 153 est pilotée électriquement par l’unité centrale 156 du système de prélèvement d’air 150 en fonction des besoins en air chaud de l’échangeur 151, tandis que l’ouverture ou la fermeture de la vanne 154 associé au premier port est opérée par un système mécanique à différentiel de pression (non représenté) de sorte que la vanne 154 est fermée lorsque la vanne 155 est ouverte et inversement.
Le système de dégivrage 140 comprend un conduit de piquage d’air 141 qui pique l’air au niveau du conduit commun 158c, une vanne 143 arrangée sur le conduit de piquage, et un circuit de commande 144 pour commander la vanne 143. Le circuit de commande 144 est par exemple un dispositif électronique du type microcontrôleur.
Selon l’invention, le circuit de commande 144 comprend un réseau de capteurs arrangés dans la vanne 143 du système de dégivrage et dans le circuit de prélèvement d’air 150, notamment sur la vanne 155 associée au second port de sorte à détecter toute mal fonction du système de dégivrage et du système de prélèvement d’air. Ainsi, le circuit de commande 144 est adapté à détecter tout blocage en position ouverte ou fermée d’une vanne du système de dégivrage 140 et/ou du système de prélèvement d’air 150. En outre, la vanne du système de dégivrage 143 cumule deux fonctions qui sont sélectionnées par le circuit de commande 144 en fonction de l’état (position bloquée) des vannes du système de dégivrage 140 et/ou du système de prélèvement d’air 150: fonction de vanne de blocage pilotable entre une position ouverte ou une position fermée pour autoriser ou bloquer le déplacement d’air dans le système de dégivrage dans un mode de fonctionnement normal ou fonction de vanne de régulation de pression dans un mode de fonctionnement dégradé. Dans le mode de régulation de pression, la vanne du système de dégivrage 143 libère une partie de l’air quelle reçoit en entrée afin d’obtenir une pression d’air en sortie inférieure à une valeur prédéterminée.
La vanne 143 est par exemple une vanne de type vanne régulatrice de pression et d'arrêt de prélèvement d'air (plus communément désignée par l’acronyme PRSOV). Une telle vanne, par exemple de type papillon est pilotable en vanne d’arrêt (position ouverte ou fermée uniquement) en mode de fonctionnement normal. Ua vanne 143 comprend un corps de vanne renfermant deux électroaimants (non représentés) pilotés par le circuit de commande 144. Ue premier électroaimant est configuré pour déplacer un clapet dans la vanne : lorsqu’il est mis sous tension, il déplace le clapet de sorte à placer la vanne en position fermée tandis que lorsque il est mis hors tension, il déplace ledit clapet sorte à placer la vanne en position ouverte.
Ue second électroaimant est quant à lui configuré pour libérer une soupape de régulation de pression lorsqu’il est mis sous tension. Ua soupape s’active et évacue de l’air lorsque l’air arrivant en entrée de la soupape a une pression supérieure à la valeur prédéterminée. Uorsqu’après avoir été mis sous tension, le second électroaimant est mis hors tension, la soupape de régulation reste activée. Seule une remise à zéro du circuit de commande 144 par un opérateur permet au circuit de commande 144 de repasser en mode de fonctionnement normal. A titre d’exemple, en mode de fonctionnement dégradé, la valeur de pression prédéterminée est égale à 70 PSI, la pression de l’air arrivant en entrée de la vanne 143 pouvant atteindre 600 PSI.
En mode de fonctionnement normal, le circuit de commande 144 pilote uniquement le premier électroaimant de la vanne 143 qui est alors ouverte ou fermée en fonction des besoins en air chaud nécessaires pour le dégivrage du capot. L’ouverture de la vanne 143 est par exemple déclenchée par une action du pilote ou le signal électrique d’un capteur de givre monté sur le capot. Dans ce cas, le fonctionnement du système de dégivrage est identique au fonctionnement décrit dans la partie art antérieur de la présente demande.
Le passage en mode de fonctionnement dégradé est décidé par le circuit de commande, sur la base d’information reçu par son réseau de capteurs, lorsque la vanne 155 associée au second port 153 est bloquée en position ouverte. Dans ce cas, le premier électroaimant de la vanne 143 est mis hors tension (la vanne 143 est alors ouverte) et le second électroaimant est mis sous tension de sorte à activer la soupape de régulation de la vanne 143.
La régulation de la pression atténue l’énergie de l’air de température élevé qui provient du second port 153 (la vanne 154 du premier port étant fermée) et qui est envoyé vers le capot 100’ pour son dégivrage. Ainsi, l’invention permet de s’assurer qu'aucun gradient de température élevé ne soit vu sur le capot 100’ d’admission d’air de la nacelle puisque l’énergie des flux d’air provenant de la vanne 155 est diminuée en deçà d’une limite acceptable.
Une turbomachine 100 équipée d’un tel système de dégivrage 140 répond ainsi aux exigences de certification sans qu’il soit nécessaire de renforcer l’intégrité structurelle du capot 100’. Ce système est donc adapté à des turbomachines à taux de dilution élevés.
Un aéronef équipé d’une telle turbomachine pourra ainsi continuer son vol sans modifier son plan de vol pour contourner une zone de givrage. U’invention permet également de faire face à un autre type de situation de cas panne de vanne (vanne 143 est bloquée en position ouverte) sans qu’un aéronef équipé d’une telle turbomachine 100 soit obligé de modifier son plan de vol pour éviter une zone de givrage.
En effet, selon l’invention, le circuit de commande 144 est connecté électriquement à l’unité centrale 146 du système de prélèvement d’air. Lorsque la vanne 143 est bloquée en position ouverte, le circuit de commande 144 devient maître des décisions de l’unité centrale 156 pour le pilotage de la vanne 155 du second port 153 de sorte que le circuit de commande 144 pilote le degré d’ouverture de cette vanne 155 entre la position ouverte et la position fermée. Ainsi, le circuit de commande 144 régule la pression et la température de l’air arrivant dans le conduit de piquage 141 La vanne 157 est pilotée par l’unité centrale 156 de sorte à s’assurer que l’air chaud reçu par l’échangeur 151a une pression restant en deçà d’une valeur prédéfinie.
Le fonctionnement du système de dégivrage 140 et du système de prélèvement d’air 150 est alors assuré normalement.
En revanche dans le cas où la vanne 153 du second port 155 est bloquée en position fermée, l’aéronef doit éviter les zones de dégivrage car le système de dégivrage 140 ne permet plus d’assurer pleinement sa fonction. Le circuit de commande 144 prévient alors le pilote de l’aéronef de cette anomalie au moyen d’alertes émises dans le cockpit. L’invention a été décrite avec des ports de prises d’air 152,153 localisés au niveau des étages du compresseur haute pression 130 de la turbomachine 100. L’invention pourra cependant être appliquée avec des emplacements de prises d’air chaud localisés à des endroits différents, tant que les valeurs de pression et de température de l’air chaud au niveau du premier port 152 sont inférieures à celles de l’air chaud au niveau du second port 153.
En outre, la vanne 154 du premier port pourrait, sans sortir du cadre de la présente invention, être pilotée électroniquement par l’unité centrale 146 du système de prélèvement d’air tant que le pilotage des vannes en mode de fonctionnement normal est conforme au fonctionnement décrit plus haut, à savoir que la vanne 154 est ouverte lorsque la vanne 155 est fermée, et inversement.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS
    1. Turbomachine d’aéronef (100) comprenant un capot d’admission d’air (100’), et un moteur (120), la turbomachine ayant un système de prélèvement d’air (150) comprenant un premier et un second port de prise d’air (152,153) arrangés sur le moteur de sorte à prélever de l’air sur ce dernier, les valeurs de température et de pression d’air au second port (153) étant supérieures à celles de l’air au premier port (152), une vanne (154,155) pilotable entre une position ouverte et une position fermée étant associée à chacun du premier et du second ports, la turbomachine comprenant en outre un système de dégivrage (140) comprenant une vanne (143) et un circuit de commande (144), ledit système (140) étant configuré pour envoyer de l’air prélevé sur le système de prélèvement (150) vers le capot (100’) au travers de la vanne (143) du système de dégivrage, le circuit de commande comprenant un réseau de capteurs arrangés sur le système de prélèvement d’air (150) et le système de dégivrage (140) pour détecter le blocage de la vanne (155) associée au second port (153), le circuit de commande (144) étant configuré pour piloter la vanne (143) du système de dégivrage selon : - un mode de fonctionnement normal dans lequel la vanne du système de dégivrage autorise ou bloque le déplacement d’air dans le système de dégivrage (140) ; - un mode de fonctionnement dégradé dans lequel la vanne du système de dégivrage régule la pression pour limiter la pression de l’air transitant dans la vanne en deçà d’une valeur prédéterminée, le mode de fonctionnement dégradé étant actif lorsque la vanne (155) associée au second port (153) est bloquée en position ouverte, caractérisé en ce que le système de prélèvement d’air (150) comprend une unité centrale (156) configurée pour piloter la vanne (155) associée au second port, ledit circuit de commande (144) et ladite unité centrale (156) étant connectés électriquement, ledit circuit de commande étant configuré pour détecter le blocage de la vanne (143) du système de dégivrage et pour commander l’unité centrale et piloter la vanne (155) associée au second port lorsque la vanne (143) du système de dégivrage est bloquée en position ouverte.
  2. 2. Turbomachine (1) d’aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - le système de prélèvement d’air comprend un échangeur (151) et une tuyauterie (158) comprenant un premier conduit (158a), un second conduit (158b) et un conduit commun (158c), le premier conduit (158a) relie le premier port (152) à une entrée du conduit commun (158c), le second conduit (158b) relie le second port (153) à l’entrée du conduit commun (158c), une sortie du conduit commun (158) est quant à elle connectée à l’échangeur (451) ; et - le système de dégivrage comprend un conduit de piquage d’air (141) sur lequel est arrangée la vanne (143) dudit système, ledit conduit de piquage (141) étant fluidiquement connecté au conduit commun (158c).
  3. 3. Turbomachine (1) d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le premier port de prise d’air (152) est situé sur un premier étage d’un compresseur haute pression (130) du moteur (120) de la turbomachine et le second port de prise d’air (153) est située sur un second étage dudit compresseur haute pression (130).
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