FR3072723B1 - Procede et systeme de regulation d'une temperature associee a un ensemble d'echange thermique d'une turbomachine - Google Patents

Abstract

Un procédé de régulation d'une température (TM) associée à un ensemble d'échange thermique (10) d'une turbomachine (1), comprenant, au cours d'un même cycle, une mesure (500) de la température (TM) d'un flux d'air en sortie d'un échangeur thermique (14), une réception d'une consigne de température (TC) du flux d'air en sortie de l'échangeur (14), une estimation (510) d'une température théorique (TT) du flux d'air en sortie de l'échangeur (14) en fonction d'une estimation de la position d'un obturateur d'une vanne (15) commandée prélevant un flux d'air de refroidissement de l'échangeur (14), une détermination d'un courant de correction (ICO) à partir de la différence (ΔT1) entre la température mesurée (TM) et la température théorique (TT), et une détermination (530) d'un courant de commande (IC) de l'obturateur à partir de la différence (ΔT2) entre la température mesurée (TM) et la consigne de température (TC) et en tenant compte du courant de correction (ICO) déterminé au cycle précédent, la position de l'obturateur étant déterminée à partir des courants de commande (IC) et de correction (ICO) déterminés au cycle précédent.

Description

Arrière-plan de l'invention L'invention se rapporte au domaine général des turbomachines pour moteurs aéronautiques à turbine à gaz. Elle concerne plus particulièrement la régulation de la température d'alimentation d'un système de prélèvement d'air pour un aéronef.

Un aéronef, comme par exemple un avion, comprend un fuselage dans lequel sont aménagés une cabine de pilotage et une cabine de passagers, et au moins une turbomachine. Une telle turbomachine comprend un moteur et une soufflante au niveau desquels peuvent être effectués des prélèvements d'air. De tels prélèvements sont réalisés par un système, dit de prélèvement d’air, également dénommé « bleed System » en anglais, comprenant une pluralité de vannes et un échangeur thermique. Ces vannes permettent le prélèvement d'air dans divers flux d'air circulant dans le moteur, notamment un flux d'air à haute pression, à température élevée, prélevé dans un flux d'air sous pression à partir d'au moins un étage compresseur du moteur, et un flux d’air de soufflante, froid, prélevé en aval de la soufflante par exemple dans une veine secondaire où circule un flux d'air froid. Le flux d'air à haute pression et le flux d'air de soufflante peuvent être délivrés à l'échangeur thermique pour permettre d'abaisser la température du flux d'air haute pression en sortie de l'échangeur de sorte à réguler la température de l'air envoyé au système avion. Une autre partie de l'air prélevé peut être utilisé pour alimenter les systèmes de dégivrage de l'avion.

Une telle régulation est obtenue par le contrôle de l'ouverture d'une ou plusieurs des vannes de prélèvement du flux d'air. La température du flux d'air peut être régulée par la sélection d'une ou plusieurs vannes à contrôler, par exemple, par le contrôle de l'ouverture ou de la fermeture de la vanne de prélèvement du flux d'air de soufflante.

Un flux d'air peut également être prélevé pour un système de refroidissement de compartiment central inter-veines, ou « core compartiment cooling System » en anglais, d'un réacteur à double flux. Le système comprend des vannes prélevant de l'air de refroidissement dans le flux d'air en sortie de la soufflante et un collecteur de refroidissement pour assurer le refroidissement des organes de commande et accessoires situés dans un logement central de la turbomachine, entre les la veine primaire et la veine secondaire. Généralement, l'air froid alimentant l'échangeur est prélevé dans le flux secondaire en aval de la soufflante, via une écope-vanne à section d'entrée variable désigné par l'abréviation FAV pour Fan Air Valve en anglais. C'est le pilotage de la position angulaire d'un obturateur de cette vanne, formé par exemple par un ou deux volets pivotants, qui permet de régler le débit d'air froid prélevé par la FAV pour l'échangeur et donc permet la régulation thermique de l'air délivré à l'avion en sortie de l'échangeur, la température étant généralement désigné par l'expression « température bleed » pour les systèmes de régulation dits « bleed System » en anglais.

Dans l'exemple considéré, le système FAV est constitué d'un système de deux volets reliés mécaniquement à un système de commande électropneumatique comprenant un moteur couple électrique ainsi qu'un vérin pneumatique qui permet d'ouvrir ou fermer ces volets. Le vérin est alimenté en air par le moteur couple qui vient mettre en pression une chambre d'alimentation, le moteur couple étant alimenté par une pression dite « de muscle » régulée.

La régulation réalisée à l'aide de cette vanne FAV pose cependant des problèmes qui proviennent de la vanne en elle-même, notamment dans le cas où un tel système FAV ne possède pas de retour de position des volets permettant de connaître la position des volets. D'autre part, la dispersion liée à la fabrication et celle liée aux conditions environnementales génèrent une variabilité importante de la loi reliant le courant de commande envoyé au moteur couple et la position des volets.

La relation entre le courant de commande des volets et la position des volets de l'écope-vanne présente donc une variabilité importante qui peut être illustrée par la Figure 1 qui présente un graphique exprimant la position des volets en fonction du courant de commande.

Sur le graphique de la figure 1, pour un courant présentant une valeur, en milliampères, correspondant à l'abscisse B les volets peuvent être fermés ou ouverts selon la variation de la loi comme cela est illustré par la caractéristique gauche de la vanne et la caractéristique droite du graphique. Autrement dit, la valeur du courant de commande à envoyer pour que les volets de l'écope-vanne soient fermés peut varier, ou glisser, de la valeur correspondant à l'abscisse B à la valeur correspondant à l'abscisse du point C.

En effet, comme cela est illustré sur la figure 1, le courant pour fermer la vanne dans la caractéristique extrême gauche de la vanne correspond à une valeur pour laquelle les volets sont ouverts dans la caractéristique extrême droite.

La problématique de contrôle du courant de commande à envoyer provient donc directement de cette particularité. En effet, tout correcteur possédant un intégrateur se verra contraint de subir les plages mortes de courant.

Par exemple, dans le cas d'un contrôleur subissant une vanne ayant une caractéristique telle que celle de gauche sur le graphique de la figure 1, en partant d'un courant de commande correspondant au courant maximal, c'est-à-dire avec une valeur correspondant à celle de l'abscisse C, avec ainsi un régulateur en saturation de commande, l'écope-vanne est fermée selon la loi de commande. Si l'ouverture de l'écope-vanne est nécessaire pour réguler la température de l'air pour le « bleed System », le dispositif de commande devra atteindre un courant présentant une valeur correspondant à l'abscisse B pour commencer à voir la vanne bouger. Les gains du correcteur ne peuvent pas être adaptés à la position de la vanne, car cette position est inconnue, ce qui conduit à traverser très lentement la zone morte de l'écope-vanne. Ceci implique un temps de réponse très lent de la régulation.

Les régulateurs préconisés dans l'état de la technique pour ce type de contrôle sont généralement des correcteurs de type PID, c'est-à-dire proportionnel intégral dérivé.

Il est connu du document FR 2978123 un système de gestion du prélèvement d'air pour le système « bleed » avec une commande d'une écope-vanne FAV. Le système décrit dans ce document présente une gestion particulière des informations de température fournies par des sondes mais ne présente pas de régulation.

Il est également connu un dispositif de commande, ou contrôleur, à régulateur linéaire quadratique pour la commande d'une FAV comprenant un actionneur. Le contrôleur envoie à l'actionneur des signaux de commande de position, mais ne prend pas en compte la variabilité d'une loi de commande du signal en fonction de la position des volets du FAV.

Il est également connu du document FR 3 040 220 un système de régulation d'un paramètre régulé d'un dispositif d'équipement aéronautique, le paramètre régulé étant régi par une loi de fonctionnement.

Objet et résumé de l'invention L'invention vise à pallier les inconvénients ci-dessus notamment la variabilité de la loi reliant le courant de commande à la position des volets de la vanne commandée, la variabilité de la loi générant des plages mortes de commande. L'invention pallie cet inconvénient en fournissant un régulateur qui s'adapte aux plages mortes de la vanne commandée.

Un objet de l'invention propose un procédé de régulation d'une température associée à un ensemble d'échange thermique d'une turbomachine, le procédé étant destiné à être mis en œuvre dans un système de régulation qui comprend au moins un moyen de mesure de ladite température, une vanne commandée électriquement par une unité de commande, la vanne comportant un obturateur configuré pour faire varier le débit de passage d'un fluide dans ledit ensemble d'échange thermique afin d'influer sur ladite température, l'ensemble d'échange thermique comprenant en outre un échangeur thermique auquel sont reliées en entrée une première conduite prélevant un premier flux d'air et une seconde conduite prélevant un second flux d'air à l'aide de la vanne, la température du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique étant inférieure à la température du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique, et l'échangeur thermique étant apte à abaisser la température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur par échange thermique avec le second flux d'air.

Selon une caractéristique générale de l'invention, le procédé comprend, au cours d'un même cycle de régulation, les étapes suivantes : - une mesure de la température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique, - une réception d'une consigne de température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique, - une estimation en temps réel d'une température théorique du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique en fonction notamment d'une estimation de la position de l'obturateur de la vanne, - un calcul d'une première différence de température entre la température mesurée et la température théorique estimée, - à partir de la première différence de température calculée, une détermination d'un courant de correction destiné à corriger un courant de commande de l'unité de commande de la vanne, - une détermination d'une seconde différence de température entre la température mesurée et la consigne de température, et - à partir de la seconde différence de température déterminée, une détermination d'un courant de commande pour commander l'ouverture de l'obturateur de la vanne On tenant compte du courant de correction déterminé au cycle précédent, et la position de l'obturateur de la vanne étant déterminée à partir du courant de commande et du courant de correction déterminés au cycle précédent.

La température théorique correspond à la température qu'il devrait y avoir en sortie de l'échangeur thermique pour les conditions de fonctionnement de l'ensemble d'échange thermique et du turboréacteur au sein duquel est monté l'ensemble d'échange thermique. La température théorique dépend directement de la relation reliant le courant délivré à la vanne à la position de l'obturateur de la vanne. L'obturateur de la vanne peut être formé par exemple par au moins un volet.

Dans le cas où l'obturateur de la vanne est formé de deux volets, le courant de commande est délivré au moteur couple de la vanne qui actionne le vérin permettant de modifier la position des volets. L'identification en temps réel de la température théorique permet d'identifier en temps réel la caractéristique de l'actionneur réel, c'est-à-dire de l'ensemble comprenant la vanne et son système de commande électropneumatique comportant le vérin et le moteur couple, et ainsi d'identifier la déviation de la loi reliant le courant de commande de la vanne à la position des volets de la vanne, notée par la suite loi courant/position. Cela permet ainsi de disposer de la connaissance des zones mortes de cette loi et ainsi d'adapter la commande et notamment la consigne de courant à délivrer à la vanne.

La boucle de régulation ainsi créée a pour effet de décaler la caractéristique de la loi courant/position jusqu'à tendre à annuler l'erreur entre la température théorique et la température mesurée, ceci permet d'identifier en temps réel la loi courant/position réelle de la vanne.

Selon un premier aspect du procédé de régulation, la détermination du courant de correction peut comprendre une amplification de la première différence de température calculée à l'aide d'un gain, et une intégration de la première différence de température amplifiée.

Le gain de convergence est réglé par essai de manière à ajuster la vitesse de convergence de l'identification tout en évitant les instabilités sur l'estimation. L'intégration de l'estimateur est saturé afin d'éviter les divergences d'identification. Les saturations sont déduites des plages de dispersion maximale de la loi courant/position du système réel.

En déterminant la différence de température, il est possible de recaler les zones mortes en courant de commande de la vanne, ce qui permet de saturer l'intégrateur du correcteur et ainsi d'éviter la saturation de l'intégrateur du régulateur de la température qui entraîne le problème de réponse lente.

Selon un deuxième aspect du procédé de régulation, la température théorique résulte de l'addition d'une composante statique et d'une composante dynamique : - la composante statique résultant de la température du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique à laquelle est ajouté un terme de régulation, le terme de régulation étant déterminé à partir du produit entre l'efficacité de l'échangeur thermique et une différence de température en entrée calculée en soustrayant la valeur de la température du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique à la valeur de la température du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique, et - la composante dynamique correspondant à une fonction passe-bas du premier ordre dont la constante de temps varie en fonction de l'efficacité de l'échangeur thermique et du débit du premier flux d'air en entrée de l'échangeur.

Selon un troisième aspect du procédé de régulation, l'efficacité de l'échangeur thermique dépend du débit du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique et du débit du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique, le procédé comprenant en outre une mesure du débit du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique, et une détermination du débit du second flux d'air à partir d'une valeur de débit maximum du second flux d'air lorsque l'obturateur de la vanne est complètement ouvert et un facteur dépendant de la position de l'obturateur de la vanne.

Selon un quatrième aspect du procédé de régulation, le débit maximum du second flux d'air est déterminé à partir du produit entre une fonction dépendant du rapport entre la pression du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique et la pression du second flux d'air en sortie de l'échangeur thermique, et le rapport entre ladite pression du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique et la racine carrée de la température du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique.

Selon un cinquième aspect du procédé de régulation, le courant de commande est saturé à une valeur maximale ou une valeur minimale en fonction de la seconde différence de température, la valeur maximale et la valeur minimale de saturation dépendant du courant de correction.

Plus précisément, la commande intégrale du correcteur de température est saturée pour éviter que la commande de courant ne sorte de la zone utile de contrôle. Le correcteur de température peut correspondre à un module de commande délivrant un courant de commande qui peut par exemple être réalisé à partir d'un correcteur proportionnel intégral. Par exemple, dans le cas d'une vanne de caractéristique extrême gauche (référence g sur la figure 1), la zone utile de commande en courant est délimitée par les courants correspondants à l'abscisse A (saturation minimum) et à l'abscisse B (saturation maximum). En effet, une commande supérieure au courant correspondant à l'abscisse B dans le cas d'une vanne de caractéristique extrême gauche n'aura pas d'effet sur la position de la vanne, celle-ci étant déjà fermée.

La saturation permet donc d'éviter une surcharge de l'intégrateur dudit module de commande. Les valeurs de saturation sont calculées à partir du courant de correction déterminé par d'un module de correction. Le module de correction, constitué de l'amplification puis de l'intégration de l'erreur entre la température mesurée et la température modélisée, permet de calculer la valeur de décalage en abscisse de la loi courant tension théorique pour obtenir la loi courant tension réelle. Ce courant de correction additionné à la valeur théorique des courants correspondant à une position plein ouvert et plein fermé (Dans l'exemple la valeur de courant correspondants à l'abscisse A (saturation minimum) et à l'abscisse B (saturation maximum)) permet de recalculer les courants correspondant à une position plein ouvert et plein fermé de la vanne réel. Ainsi déduites, ces valeurs permettent de borner la correction intégrale issue du module de commande, empêchant ainsi des dérives pénalisant les temps de réponse.

Dans un autre objet, il est proposé un système de régulation d'une température associée à un ensemble d'échange thermique d'une turbomachine, le système de régulation comportant un échangeur thermique auquel sont reliées en entrée une première conduite prélevant un premier flux d'air sous pression en aval d'un étage de compression de la turbomachine et une seconde conduite prélevant à l'aide d'une vanne commandée un second flux d'air formé par de l'air prélevé en aval d'une soufflante de la turbomachine, la température du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique étant inférieure à la température du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique, l'échangeur thermique étant apte à abaisser la température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur par échange thermique avec le second flux d'air, ladite vanne comportant un obturateur dont la position peut être commandée par une unité de commande au moins en partie électrique pour faire varier le débit de passage d'un flux d'air dans ledit ensemble d'échange thermique afin d'influer sur ladite température.

Selon une caractéristique générale de cet objet de l'invention, l'unité de commande de la vanne comporte : - un capteur de température destiné à mesurer la température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique, - un module d'estimation d'une température théorique du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique en fonction notamment d'une estimation de la position de l'obturateur de la vanne, - un premier soustracteur configuré pour calculer une première différence de température entre la température mesurée et la température théorique estimée, - à partir de la première différence de température calculée, un module de correction configuré pour déterminer un courant de correction, - un second soustracteur configuré pour calculer une seconde différence de température entre la température mesurée et une consigne de température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique, et - à partir de la seconde différence de température, un module de commande configuré pour délivrer un courant de commande pour commander l'obturateur de la vanne en tenant compte du courant de correction, le module d'estimation comprenant un module de détermination de la position de l'obturateur de la vanne à partir du courant de commande et du courant de correction.

Selon un premier aspect du système de régulation, ladite au moins une vanne commandée est une écope-vanne à section d'entrée variable.

Selon un second aspect du système de régulation, l'unité de commande comprend en outre un capteur de débit monté dans la première conduite, un capteur de température monté dans la première conduite, et un module de détermination du débit du second d'air à partir d'une valeur de débit maximum du second flux d'air lorsque l'obturateur de la vanne est complètement ouvert et un facteur dépendant de la position de l'obturateur de la vanne.

Dans un autre objet, il est proposé une turbomachine d'un aéronef comprenant au moins un système de régulation tel que défini ci-dessus.

Dans un autre objet, il est proposé un aéronef comprenant au moins une turbomachine telle que définie ci-dessus.

Brève description des dessins. L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà présentée, présente un graphique exprimant la position des volets en fonction du courant de commande selon l'état de la technique ; - la figure 2 présente schématiquement une turbomachine dotée d'un ensemble d'échange thermique selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 présente schématiquement un régulateur d'une unité de commande selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 présente un logigramme d'un procédé de commande selon un mode de mise en œuvre de l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation

Sur la figure 2 est représenté schématiquement une turbomachine 1 d'un aéronef dotée d'un ensemble d'échange thermique d'un flux d'air selon un mode de réalisation de l'invention.

Le turboréacteur 1 est du type à double flux et double corps et présente un axe longitudinal X-X. Le turboréacteur comprend notamment une soufflante 2 qui délivre un flux d'air qui se divise en un flux primaire FP s'écoulant dans une veine primaire 3 d’écoulement du flux primaire FP et en un flux secondaire Fs s'écoulant dans une veine secondaire 4 d’écoulement du flux secondaire Fs coaxiale à la veine primaire 3. La veine primaire 3 s'étend entre une virole centrale 3a et un compartiment interveines 3b, et la veine secondaire 4 s'étend entre le compartiment interveines 3b et une virole externe 4a. D'amont en aval dans le sens d'écoulement du flux primaire FP, la veine primaire 3 comprend un compresseur basse-pression 5, un compresseur haute-pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute-pression 8 et une turbine basse-pression 9.

Le turboréacteur 1 comprend un ensemble d'échange thermique 10. L'ensemble d'échange thermique 10 comprend un système de prélèvement d'un flux d'air chaud et d'un flux d'air froid, configuré pour refroidir l'air chaud avec l'air froid et fournir en sortie de l'ensemble d'échange thermique un air refroidi régulé à une température et une pression souhaitées à destination d'installations 11 de l'aéronef et/ou de la turbomachine utilisant un tel air telles que par exemple l'installation de conditionnement d'air de la cabine d'aéronef, l'installation de dégivrage des surfaces aérodynamiques de la turbomachine, etc. L'ensemble d'échange thermique 10 comprend une conduite de prélèvement d'air chaud 12, une conduite de prélèvement d'air froid 13, un échangeur thermique 14, une vanne commandée 15, une conduite d'échappement d'air chaud régulé 16 et une conduite d'échappement d'air de refroidissement 17.

La conduite de prélèvement d'air chaud 12 débouche dans la veine primaire 3. Elle relie l'étage de compression basse pression 5 du turboréacteur 1 à l'entrée de l'échangeur thermique 14. La conduite de prélèvement d'air froid 13 débouche dans la veine secondaire 4. Elle met en communication la veine secondaire 4 recevant le flux secondaire Fs délivré par la soufflante 2 avec l'échangeur thermique 14. L'échangeur thermique 14 est ainsi parcouru transversalement par l'air froid venant de la soufflante 2 pour refroidir l'air chaud prélevé dans l'étage compresseur 4 et circulant dans l'échangeur 14 depuis son entrée jusqu'à sa sortie.

La vanne commandée 15, de type écope-vanne, est montée sur la prise d'air prévue dans le compartiment inter-veines 3b pour prélever le flux d'air de refroidissement dans la veine secondaire 4. La vanne 15 comprend des volets mécaniques actionnés par un vérin commandé par un moteur couple.

La conduite d'échappement d'air chaud régulé 16 relie l'échangeur thermique 14 aux installations 11 et achemine un flux d'air chaud régulé jusqu'aux installations 11. La conduite d'échappement d'air chaud régulé 16 et la conduite de prélèvement d'air chaud 12 forment un premier conduit dans lequel circule de l'air chaud.

La conduite d'échappement d'air de refroidissement 17 relie l'échangeur thermique 14 à la veine secondaire 4 et achemine un flux d'air de refroidissement réchauffé jusqu'à la veine secondaire 4. La conduite d'échappement d'air de refroidissement 17 et la conduite de prélèvement d'air froid 13 forment un second conduit dans lequel circule de l'air froid. Le premier conduit et le second conduit ne sont pas en communication fluidique, c'est-à-dire que l'air circulant dans un des conduits ne se mélangent pas à l'air circulant dans l'autre conduit. Le premier conduit et le second conduit interagissent thermiquement ensemble dans l'échangeur thermique 14 pour permettre à l'air froid circulant dans le second conduit de refroidir l'air chaud circulant dans le premier conduit.

La vanne 15, et plus particulièrement le moteur couple du système de commande électropneumatique de la vanne 15 dans l'exemple considéré, est commandée par une unité de commande 20. Le système de commande de la vanne 15 n'est cependant pas nécessairement électropneumatique, il peut être envisagé de se passer de vérin pneumatique pour avoir un actionneur électrohydraulique ou encore un actionneur exclusivement électrique, par exemple un moteur pas à pas, également commandé par une unité de commande analogue à l'unité 20. L'unité de commande 20 comprend un premier capteur de température 21, un premier capteur de pression 22 et un capteur de débit 23 montés tous les trois dans la conduite d'air chaud 12, un deuxième capteur de température 24 et un deuxième capteur de pression 25 montés tous les deux dans la conduite d'air de refroidissement 13. Les mesures fournies par ces capteurs 21 à 25 peuvent être remplacées par des modèles calculés à partir de mesures déjà utilisées dans la turbomachine. Par exemple, les capteurs de température et pression en aval du compresseur haute pression qui sont classiquement utilisés pour la régulation des turbomachines et qui peuvent servir à estimer la température Tl et la pression PI dans la conduite d'air chaud 12. De même, les deuxièmes capteurs de température et de pression 24 et 25 mesurant la température et la pression T2 et P2 dans la conduite de refroidissement 13 peuvent être remplacés par des modèles calculés à partir de mesures déjà utilisées dans la turbomachine, notamment les capteurs de température et pression en amont de la soufflante et du régime de rotation de la soufflante. Un troisième capteur de température 26 est monté en sortie de l'échangeur thermique 14 sur la conduite d'échappement d'air chaud régulé 16 alimentant les installations 11, et un troisième capteur de pression TJ est monté en sortie de l'échangeur thermique 14 sur la conduite d'échappement d'air de refroidissement 17. L'échappement de la passe froide se fait à l'ambiant, dans ce mode de réalisation, et le troisième capteur 27 est un capteur de pression atmosphérique utilisé également pour la régulation de la turbomachine.

Le premier capteur de température 21, le premier capteur de pression 22 et le capteur de débit 23 sont configurés pour mesurer respectivement la température Ti, la pression Pi et le débit Wi du flux d'air chaud prélevé par la conduite d'air chaud 12 dans l'étage de compression basse pression 5. Le deuxième capteur de température 24 et le deuxième capteur de pression 25 sont configurés pour mesurer respectivement la température T2 et la pression P2 du flux d'air prélevé par la conduite d'air de refroidissement 13 dans la veine secondaire 4 en aval de la soufflante 2. Le troisième capteur de température 26 est configuré pour mesurer la température TM du flux d'air chaud régulé délivré en sortie de l'échangeur thermique 14. Le deuxième capteur de pression TJ est configuré pour mesurer la pression P20 du flux d'air de refroidissement en sortie de l'échangeur thermique 14 L'unité de commande comprend en outre un régulateur 30 de la vanne 15.

Comme cela est illustré schématiquement sur la figure 3 qui est une représentation schématique du régulateur 30 de l'unité de commande 20 de la figure 2, le régulateur 30 comprend un premier soustracteur 31 et un module d'estimation 32 d'une température théorique TT du flux d'air chaud régulé par l'échangeur thermique 14. Le premier soustracteur 31 reçoit en entrée une mesure de la température réelle TM en sortie de l'échangeur thermique 14 délivrée par le capteur de température 26, ainsi que la température théorique TT délivrée par le module d'estimation 32. Le premier soustracteur 31 est configuré pour déterminer une première différence de température ΔΤι entre la température mesurée TM et la température théorique TT.

Le régulateur 30 comprend en outre un moyen de commande 33 configuré pour délivrer une consigne de courant Ic pour commander l'ouverture des volets de la vanne 15, et un module de correction 34 configuré pour déterminer un courant de correction ICo en fonction de la première différence de température ΔΤι.

Le module de correction 34 délivre un signal de courant dépendant de la première différence de température ΔΤι délivrée par le premier soustracteur 31, un amplificateur configuré pour appliquer un gain K au signal de courant issu du convertisseur et un intégrateur recevant le courant amplifié. L'intégrateur délivre en sortie un courant de correction Ico-

Comme cela est illustré sur la figure 3, le moyen de commande 33 comprend un second soustracteur 35, un module de détection de convergence 36, un module de calcul de saturation 37 et un module de commande 38.

Le second soustracteur 35 reçoit en entrée la mesure de la température réelle TM en sortie de l'échangeur thermique 14 délivrée par le capteur de température 26 ainsi qu'une consigne de température Tc correspondant à la température souhaitée pour le flux d'air chaud régulé en sortie de l'échangeur thermique 14, c'est-à-dire le flux d'air chaud circulant dans la conduite d'échappement d'air chaud régulé 16. Le second soustracteur 33 est configuré pour déterminer une seconde différence de température ΔΤ2 entre la température mesurée TM et la consigne de température Tc.

Le module de détection de convergence 36 reçoit en entrée la première différence de température ΔΤχ délivrée par ie premier soustracteur 31 et le compare à un seuil de convergence. Le module de détection de convergence 36 est configuré pour délivrer en sortie un signal binaire indiquant si la convergence entre la température réelle mesurée TM et la température théorique TT est atteinte, c'est-à-dire si la température théorique TT est suffisamment proche de la température mesurée. Ceci indique que le recalage de la loi courant/position est atteint.

Le module de calcul de saturation 37 reçoit en entrée le signal binaire indiquant si la convergence de température est atteinte entre la température théorique TT et la température mesurée TM, ainsi que le courant de correction ICo délivré par le module de correction 34. Le module de saturation 37 est configuré pour délivrer en sortie une valeur minimale de saturation du courant de commande Min et une valeur maximale de saturation du courant de commande Max, ces valeurs étant destinées à saturer le courant de commande Ic et ainsi éviter les divergences de commandes liées à l'intégrateur du réseau correcteur.

Le module de commande 38, qui peut par exemple être réalisé à partir d'un correcteur proportionnel intégral, reçoit en entrée la seconde différence de température ΔΤ2 délivrée par le second soustracteur 35, ainsi que les valeurs minimale et maximale de saturation Min et Max délivrées par le module de saturation 37.

Comme cela est illustré sur la figure 3, le module d'estimation 32 du régulateur 30 comprend un additionneur 39 configuré pour délivrer un courant de commande corrigé ICc correspondant à la somme du courant de commande Ic délivré à la vanne 15 par le module de commande 33 et du courant de correction ICo délivré par le module de correction, un bloc de détermination 40 de la position des volets de la vanne 15 en fonction du courant de commande corrigée ICc délivré par l'additionneur 39, et un bloc de modélisation 41 de la température théorique TT.

Le bloc de détermination 40 délivre en sortie une position théorique corrigée Postes volets de la vanne 15 qui est délivrée à un bloc de modélisation 41 de la température théorique TT qui reçoit également en entrée la température Ti du flux d'air chaud en entrée de l'échangeur thermique 14, le débit Wi du flux d'air chaud en entrée de l'échangeur thermique 14, la température T2 du flux d'air de refroidissement prélevé par la vanne 15, la pression P2 du flux d'air de refroidissement en entrée de l'échangeur thermique 14 et la pression P20 du flux d'air de refroidissement en sortie de l'échangeur thermique 14.

Le bloc de modélisation 41 calcule la température théorique TT du flux d'air chaud régulé en sortie de l'échangeur thermique 14 en additionnant une composante statique TCstat et d'une composante dynamique.

La composante statique Testât résulte de la somme de la température Τχ du flux d'air chaud prélevé avec un terme de régulation, le terme de régulation étant déterminé à partir du produit entre l'efficacité ε de l'échangeur thermique 14 et une différence de température en entrée calculée en soustrayant la valeur de la température T2 du flux d'air de refroidissement à la valeur de la température Τχ du flux d'air chaud prélevé. La composante statique est ainsi calculée d'après l'équation suivante :

Testât = ε ‘ (T2 ~ + 7χ

La composante dynamique correspond à une fonction passe-bas du premier ordre dont la constante de temps τ varie en fonction de l'efficacité ε de l'échangeur thermique 14 et du débit du flux d'air chaud prélevé. L'efficacité ε de l'échangeur thermique 14 est connue et dépend du débit W2 d'air de refroidissement et du débit Wi d'air chaud prélevé. En entrée de l'échangeur thermique 14, le débit Wi d'air chaud prélevé dans le flux primaire FP par la conduite d'air chaud 12 est mesuré à l'aide du capteur de débit 23, tandis que le débit W2 d'air de refroidissement est déterminé par le bloc de modélisation 39 à partir d'une valeur de débit maximum d'air de refroidissement lorsque les volets de la vanne sont complètement ouverts et un facteur dépendant de la position des volets de la vanne.

Le débit maximum d'air de refroidissement est déterminé par caractérisation en essai du système et dépend du produit entre une fonction dépendant du rapport entre la pression P2 du flux d'air de refroidissement en entrée de l'échangeur thermique 14 et la pression P20 du flux d'air de refroidissement en sortie de l'échangeur thermique 14, et le rapport entre ladite pression en entrée et la racine carrée de la température du flux d'air de refroidissement en entrée de l'échangeur thermique.

Sur la figure 4 est illustré un logigramme d'un procédé de régulation de la température en sortie de l'échangeur thermique 14 de l'ensemble d'échange thermique 10 des figures 2 et 3 selon un mode de mise en œuvre de l'invention.

Dans une première étape 500, le capteur de température 26 de l'unité de commande 20 réalise une mesure de la température TM du flux gazeux circulant dans le conduit d'échappement d'air chaud régulé 16.

Dans une étape suivante 505, le moyen de commande 33 reçoit une consigne de température Tc correspondant à la température souhaitée pour le flux d'air chaud régulé en sortie de l'échangeur thermique 14.

Dans une étape suivante 510, le module d'estimation 32 du régulateur 30 de l'unité de commande 20 détermine une température théorique TT correspondant à la position des volets de la vanne 15, la position des volets prise en compte pour le calcul de la température théorique TT dans ce cycle de procédé correspondant à la position déterminée au cycle précédent, un cycle correspondant à la réalisation des étapes 500 à 530 du procédé.

Dans une étape suivante 515, le premier soustracteur 31 calcule la première différence de température ΔΤχ entre la température TM mesurée à l'étape précédente 500 et la température théorique TT estimée à l'étape précédente 510.

Dans une étape suivante 520, le module de correction 34 détermine le courant de correction ICo à partir de la première différence de température ΔΤχ calculée à l'étape précédente 515.

Dans une étape suivante 525, le second soustracteur 35 calcule la seconde différence ΔΤ2 existant entre la température TM mesurée à l'étape précédente 500 et la consigne de température Tc reçue à l'étape 505.

Dans une étape suivante 530, le module de calcul de saturation 37 calcule une valeur minimale et une valeur maximale de saturation Min et A/axdu courant de commande Ic.

Dans une étape suivante 535, le module de commande 38 délivre un courant de commande Ic pour commander l'ouverture des volets de la vanne 15 à partir de la seconde différence de température ΔΤ2 calculée à l'étape précédente 525 de ce cycle et des valeurs minimale et maximale de saturation Min et Max déterminées par le module de calcul de saturation 37 dans un cycle précédent.

Dans une étape suivante 540, Le bloc de détermination 40 du module d'estimation 32 détermine une position des volets de la vanne 15 à partir du courant de commande corrigé ICc correspondant à la somme du courant de commande Ic et du courant de correction ICo-

Le procédé est ensuite rebouclé à l'étape initiale 500, l'estimation de la température théorique TT étant alors réalisée avec une nouvelle position de la vanne déterminée à partir du courant de commande corrigé. L'invention permet de fournir une unité de commande de régulation de la température du flux prélevé permettant de compenser la plage morte de courant de commande de la loi de commande de la vanne commandée.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de régulation d'une température (TM) associée à un ensemble d'échange thermique (10) d'une turbomachine (1), le procédé étant destiné à être mis en œuvre dans un système de régulation qui comprend au moins un moyen de mesure (26) de ladite température (TM), une vanne (15) commandée électriquement par une unité de commande (20), la vanne (15) comportant un obturateur configuré pour faire varier le débit de passage d'un fluide dans ledit ensemble d'échange thermique (10) afin d'influer sur ladite température (TM), l'ensemble d'échange thermique (10) comprenant en outre un échangeur thermique (14) auquel sont reliées en entrée une première conduite (12) prélevant un premier flux d'air et une seconde conduite (13) prélevant un second flux d'air à l'aide de la vanne (15), la température du second flux d'air (T2) en entrée de l'échangeur thermique (14) étant inférieure à la température du premier flux d'air (TJ en entrée de l'échangeur thermique (14), et l'échangeur thermique (14) étant apte à abaisser la température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur (14) par échange thermique avec le second flux d'air, caractérisée ce que le procédé comprend, au cours d'un même cycle de régulation, les étapes suivantes : - une mesure (500) de la température (TM) du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique (14), - une réception (505) d'une consigne de température (Tc) du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique (14), - une estimation (510) d'une température théorique (TJ du premier flux d'air en sortie de l’échangeur thermique (14) en fonction notamment d'une estimation de la position de l'obturateur de la vanne (15), - un calcul (515) d'une première différence de température (ATJ entre la température mesurée (TM) et la température théorique (TJ estimée, - à partir de la première différence de température (ATJ calculée, une détermination (520) d'un courant de correction (ICo) destiné à corriger un courant de commande (Ic) de l'unité de commande (20) de la vanne (15), - une détermination (525) d'une seconde différence de température (ΔΤ2) entre la température mesurée (TM) et la consigne de température (Tc), et - à partir de la seconde différence de température (ΔΤ2) déterminée, une détermination (535) du courant de commande (Ic) pour commander l'obturateur de la vanne (15) en tenant compte du courant de correction (ICo) déterminé au cycle précédent, la position de l'obturateur de la vanne (15) étant déterminée (540) à partir du courant de commande (Ic) et du courant de correction (ICo) déterminés au cycle précédent.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination du courant de correction (ICo) comprend une amplification d'un signal représentatif de la première différence de température (ΔΤχ) calculée à l'aide d'un gain (K), et une intégration de dudit signal représentatif amplifié.
3. 3. Procédé selon Tune des revendications 1 ou 2, dans lequel la température théorique (TT) résulte de l'addition d'une composante statique et d'une composante dynamique : - la composante statique résultant de la température (Τχ) du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique (14) à laquelle est ajouté un terme de régulation, le terme de régulation étant déterminé à partir du produit entre l'efficacité (ε) de l'échangeur thermique (14) et une différence de température en entrée calculée en soustrayant la valeur de la température (T2) du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique (14) à la valeur de la température (Τχ) du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique (14), et - la composante dynamique correspondant à une fonction passe-bas du premier ordre dont la constante de temps (τ) varie en fonction de l'efficacité (ε) de l'échangeur thermique (14) et du débit (Wx) du premier flux d'air en entrée de l'échangeur (14).
4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'efficacité (ε) de l'échangeur thermique (14) dépend du débit (W2) du second flux d'air en entrée de l'échangeur (14) et du débit (WJ du premier flux d'air en entrée de l'échangeur (14), le procédé comprenant en outre une mesure du débit (WJ du premier flux d'air en entrée de l'échangeur thermique (14) , et une détermination du débit (W2) du second flux d'air en entrée de l'échangeur (14) à partir d'une valeur de débit maximum d'air de refroidissement lorsque l'obturateur de la vanne (15) est complètement ouvert et un facteur dépendant de la position de l'obturateur de la vanne (15) .
5. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le débit maximum du second flux d'air en entrée de l'échangeur (14) est déterminé à partir du produit entre une fonction dépendant du rapport entre la pression (P2) du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique (14) et la pression (P20) du second flux d'air en sortie de l'échangeur thermique (14), et le rapport entre ladite pression (P2) du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique (14) et la racine carrée de la température (T2) du second flux d'air en entrée de l'échangeur thermique (14).
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le courant de commande (Ic) est saturé à une valeur maximale ou une valeur minimale en fonction de la seconde différence de température (ΔΤ2), la valeur maximale et la valeur minimale de saturation dépendant du courant de correction (ICo).
7. 7. Système de régulation d'une température (TM) associée à un ensemble d'échange thermique (10) d'une turbomachine (1), le système de régulation comportant un échangeur thermique (14) auquel sont reliées en entrée une première conduite (12) prélevant un premier flux d'air sous pression en aval d'un étage de compression (5) de la turbomachine (1) et une seconde conduite (13) prélevant à l’aide d'une vanne (15) commandée un second flux d’air formé par de l'air prélevé en aval d'une soufflante (2) de la turbomachine (1), la température du second flux d'air (T2) en entrée de l'échangeur thermique (14)étant inférieure à la température du premier flux d'air (Ti) en entrée de l'échangeur thermique (14), l'échangeur thermique (14) étant apte à abaisser la température du premier flux d'air en sortie de l'échangeur (14) par échange thermique avec le second flux d'air, et ladite vanne (15) comportant un obturateur dont la position peut être commandée électriquement par une unité de commande (20) pour faire varier le débit de passage d'un flux d'air dans ledit ensemble d'échange thermique (10) afin d'influer sur ladite température (TM), caractérisé en ce que l'unité de commande (20) de la vanne (15) comporte : - un capteur de température (26) destiné à mesurer la température (TM) du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique (14), - un module d'estimation (32) d'une température théorique (Tt) du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique (14) en fonction notamment d'une estimation de la position de l'obturateur de la vanne (15), - un premier soustracteur configuré pour calculer une première différence de température (ΔΤι) entre la température mesurée (TM) et la température théorique (TT) estimée, - un module de correction configuré pour déterminer, à partir de la première différence de température (ΔΤι) calculée, un courant de correction (ICo) destiné à corriger un courant de commande (le) de l'unité de commande (20) de la vanne (15), - un second soustracteur (31) configuré pour calculer une seconde différence de température (ΔΤ2) entre la température mesurée (TM) et une consigne de température (Tc) du premier flux d'air en sortie de l'échangeur thermique (14), - un moyen de commande (33) configuré pour délivrer, à partir de la seconde différence de température (ΔΤ2), un courant de commande (Ic) pour commander l'obturateur de la vanne (15) en tenant compte du courant de correction (ICo), ie module d'estimation (32) comprenant un module (40) de détermination de la position de l'obturateur de la vanne (15) à partir du courant de commande (Ic) et du courant de correction (ICo)·
8. 8. Système de de régulation selon la revendication 7, dans lequel ladite vanne (15) commandée est une écope-vanne à section d'entrée variable.
9. 9. Système de régulation selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel l'unité de commande (20) comprend en outre un capteur (23) de débit monté dans la première conduite (12), un capteur de température (21) monté dans la première conduite (12), et un module de détermination du débit (W2) du second flux d'air en entrée de l'échangeur (14) à partir d'une valeur de débit maximum du second flux d'air en entrée de l'échangeur (14) lorsque l'obturateur de la vanne (15) est complètement ouvert et un facteur dépendant de la position de l'obturateur de la vanne (15).
10. 10. Turbomachine d'un aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un système de régulation selon l'une des revendications 7 à 9.
11. 11. Aéronef comprenant au moins une turbomachine selon la revendication 10.