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WO2024245914A1 - Method for controlling a turbine engine comprising an electric machine - Google Patents

Method for controlling a turbine engine comprising an electric machine Download PDF

Info

Publication number
WO2024245914A1
WO2024245914A1 PCT/EP2024/064324 EP2024064324W WO2024245914A1 WO 2024245914 A1 WO2024245914 A1 WO 2024245914A1 EP 2024064324 W EP2024064324 W EP 2024064324W WO 2024245914 A1 WO2024245914 A1 WO 2024245914A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
setpoint
torque
turbomachine
control
trqcmd
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/064324
Other languages
French (fr)
Inventor
Seif Eddine BENATTIA
Rudy Charles André AULNETTE
Original Assignee
Safran Aircraft Engines
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines filed Critical Safran Aircraft Engines
Publication of WO2024245914A1 publication Critical patent/WO2024245914A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/32—Arrangement, mounting, or driving, of auxiliaries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine for an aircraft, in particular, to the control of a turbomachine in order to provide the desired thrust as a function of the position of the control lever of the pilot of the aircraft.
  • climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various restrictions on carbon emissions have been, are being or will be adopted by various States. In particular, an ambitious standard applies both to new types of aircraft but also to those in circulation requiring the implementation of technological solutions in order to make them compliant with the regulations in force. Civil aviation has been mobilizing for several years now to make a contribution to the fight against climate change.
  • the Applicant is constantly working to reduce its negative climate impact by using methods and operating virtuous development and manufacturing processes and minimizing greenhouse gas emissions to the minimum possible in order to reduce the environmental footprint of its activity.
  • the turbomachine 100 comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan 110, a low-pressure compressor 111, a high-pressure compressor 112, a combustion chamber 113 which receives a fuel flow setpoint WFcmd, a high-pressure turbine 114, a low-pressure turbine 115 and a primary exhaust nozzle 116.
  • the low-pressure compressor (or LP) 111 and the low-pressure turbine 115 are connected by a low-pressure shaft 121 and together form a low-pressure body.
  • the high-pressure compressor (or HP) 112 and the high-pressure turbine 114 are connected by a high-pressure shaft 122 and together form a high-pressure body.
  • the fan 110 which is driven by the low-pressure shaft 121, compresses the ingested air. This air is divided downstream of the fan 110 between a secondary air flow which is directed directly towards a secondary nozzle (not shown) through which it is ejected, and a so-called primary flow which enters the gas generator, consisting of the low-pressure body and the high-pressure body, then which is ejected into the primary nozzle 116.
  • the pilot of the aircraft modifies the position of a control lever which makes it possible to modify the fuel flow setpoint WFcmd in the combustion chamber 113.
  • the design of a turbomachine 100 requires taking into account a sufficient margin against the so-called surge phenomenon.
  • This phenomenon which results from an excessive incidence of the air flow on the blades of one of the compressors, results in significant and rapid fluctuations in the pressure downstream of the compressor concerned and can lead to extinction of the combustion chamber 113. It also generates significant jolts on the compressor blades and can thus lead to mechanical damage. It is therefore particularly appropriate to avoid its occurrence.
  • the operation of a compressor in use is generally represented by a diagram which expresses the pressure ratio obtained between the outlet and the inlet, as a function of the air flow passing through it; this diagram is also parameterized as a function of the compressor rotation speed.
  • This diagram shows a surge line which constitutes the maximum limit in compression ratio not to be exceeded, so as not to risk the occurrence of a surge phenomenon.
  • a line is defined, called the operating line, associating the compression ratios obtained as a function of the flow rate, when the turbomachine 100 is in stabilized operation.
  • the positioning of this operating line is left to the discretion of the designer of the turbomachine 100 and the distance from this operating line to the pumping line represents the pumping margin.
  • the efficiency of the compressor compression work provided to the air, relative to the work provided to drive it in rotation
  • the accelerations requested by the pilot from a stabilized operation (transient phase) to obtain an increase in thrust result at the compressor level in an excursion of the operating point which occurs in the direction of the pumping line.
  • the designer of a 100 turbomachine must therefore try to optimize the placement of the operating line by placing it as high as possible, so as to benefit from better efficiency for its compressors, while keeping a sufficient distance from the pumping line to allow safe accelerations.
  • a turbomachine 100 includes a regulation system implemented by an electronic unit.
  • the regulation system comprises a stabilized management module 31, a transient intention detection module 32, a speed trajectory generation module 33, a transient management module 33', a selection module 34, an integration module 35 and a stop management module 36.
  • the transient management module 33' provides a correction quantity to the selection module 34 as a function of the difference between the speed NL of the turbomachine 100 and the trajectory from the module for generating a speed trajectory 33.
  • the stabilized management module 31 provides a correction quantity to the selection module 34 as a function of the difference between the speed NL of the turbomachine 100 and the setpoint speed NL CONS .
  • the speed NL may correspond to different types of speed, in particular, a fan speed, a pressure setpoint known by its English acronym EPR (Engine Pressure Ratio), a high pressure setpoint or other.
  • the NL CONS setpoint regime is proportional to the position of the control lever that can be manipulated by the pilot of the aircraft.
  • Such a stabilized management module 31 is known to those skilled in the art and will not be presented in more detail.
  • the purpose of the transient intention detection module 32 is to detect a transient intention desired by the pilot.
  • the transient intention detection module 32 determines a difference between the speed NL of the turbomachine 100 and the setpoint speed NL CONS .
  • the control lever remains in a constant position and the stabilized management module 31 is implemented, the actual speed NL of the turbomachine 100 is stationary and equal to the setpoint speed NL CONS . If the pilot moves the control lever, the setpoint speed NL CONS varies instantaneously. On the contrary, the speed NL does not vary instantaneously due to the inertia of the turbomachine 100 and the stabilized management module 31.
  • the transient intention detection module 32 detects a transient intention when the difference between the setpoint speed NL CONS and the actual speed NL is greater than a predetermined threshold S2.
  • the transient intention detection module 32 When a transient phase is detected, the transient intention detection module 32 generates an activation signal, which is transmitted to the speed trajectory generation module 33 and to the selection module 34 as illustrated in FIG. .
  • the speed trajectory generation module 33 determines a speed setpoint for acceleration (acceleration trajectory). Similarly, in the case of deceleration, the speed trajectory generation module 33 determines a speed setpoint for deceleration (deceleration trajectory). Depending on the trajectory generated, the speed trajectory generation module 33 provides a correction quantity to the selection module 34.
  • the selection module 34 is configured to receive an activation signal from the transient intention detection module 32.
  • the selection module 34 selects the correction quantity from the stabilized management module 31 in the absence of reception of an activation signal and selects the correction quantity from the transient management module 33' in the event of reception of an activation signal.
  • Such a selection module 34 is known to those skilled in the art and will not be presented in further detail.
  • the selected correction quantity is provided to the integration module 35.
  • the integration module 35 determines the fuel flow setpoint WFcmd by integrating the selected correction quantity.
  • the stop management module 36 limits the value of the fuel flow setpoint WFcmd determined by the integration module 35.
  • the stop management module 36 implements a stop, called a C/P stop known to those skilled in the art in order to protect the turbomachine against surge.
  • the stop management module 36 makes it possible to define stop setpoints in acceleration and deceleration. Such stops are known to those skilled in the art and will not be presented in more detail.
  • the engine speed trajectory generation module 33 and the stop management module 36 make it possible to define an acceleration trajectory which has the effect of restricting the fuel flow setpoint WFcmd in order to avoid surge.
  • Such a regulation system is known from patent application FR2977638A1 and will not be presented in more detail. Incidentally, it is known to protect an engine against surge phenomena during transients by taking into account an acceleration setpoint during regulation (see for example US4543782 and US 2003/0094000).
  • patent application WO2016/020618 discloses a turbomachine for an aircraft comprising an electric machine for taking power from the low-pressure shaft and injecting power into the high-pressure shaft.
  • patent applications FR3116865A1 and FR3087491A1 disclose methods for controlling a turbomachine comprising an electric motor.
  • the invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks by proposing a method for controlling a turbomachine making it possible to improve the management of the electric machine after a transient phase.
  • the invention is the result of technological research aimed at significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft.
  • the invention relates to a method for controlling a turbomachine comprising a fan positioned upstream of a gas generator and delimiting a primary flow and a secondary flow, said gas generator being crossed by the primary flow and comprising a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a combustion chamber, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine, said low-pressure turbine being connected to said low-pressure compressor by a low-pressure rotation shaft and said high-pressure turbine being connected to said high-pressure compressor by a high-pressure rotation shaft, the turbomachine being configured to be in a transient phase or in a stabilized phase, the turbomachine comprising an electric machine configured to apply a torque to the low-pressure rotation shaft or to the high-pressure rotation shaft during the transient phase, method in which a fuel flow rate setpoint in the combustion chamber and an electric torque setpoint supplied to the electric machine
  • the electric torque setpoint is reduced in a rapid and controlled manner while limiting the static error. This makes it possible to reduce the electrical consumption after a transient phase while avoiding an abrupt reset which could lead to compensations by the first fuel control loop.
  • the reset of the electric torque setpoint is thus optimal.
  • the time constant tau is an image of the speed of cancellation of the electric torque and can advantageously be parameterized.
  • the torque control loop is configured to reset the control setpoint when the absolute value of the previous control torque setpoint is less than a predetermined turn-off constant. This avoids a very slow shutdown of the electrical input when the electrical input is low. Any untimely use of the electrical machine is thus avoided.
  • the time constant governing the resetting of the control setpoint is configurable. This allows the torque resetting dynamics to be conveniently adjusted in line with the dynamics of the first fuel control loop.
  • the torque control loop is configured to receive transient indicators output by the fuel control loop and to determine the transient phase indicator from the transient indicators.
  • the torque control loop is configured to add an aircraft power draw setpoint to the electrical torque setpoint.
  • the electrical torque setpoint can take into account transient regimes but also the electrical energy needs of the aircraft.
  • the invention also relates to a computer program comprising instructions for executing the steps of a control method as presented above when said program is executed by a computer.
  • the invention also relates to an electronic control unit for a turbomachine comprising a memory including instructions of a computer program as presented previously.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising an electronic unit as presented previously.
  • turbomachine There is a schematic representation of a turbomachine according to one embodiment of the invention.
  • a turbomachine T of the double-flow and double-spool turbojet type for aircraft is schematically represented.
  • the turbomachine T comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan 10, a low-pressure compressor 11, a high-pressure compressor 12, a combustion chamber 13 which receives a fuel flow setpoint WFcmd, a high-pressure turbine 14, a low-pressure turbine 15 and a primary exhaust nozzle 16.
  • the low-pressure compressor (or LP) 11 and the low-pressure turbine 15 are connected by a low-pressure shaft 21 and together form a low-pressure body.
  • the high-pressure compressor (or HP) 12 and the high-pressure turbine 14 are connected by a high-pressure shaft 22 and together form, with the combustion chamber 13, a high-pressure body.
  • the fan 10 which is driven by the low-pressure shaft 21, compresses the ingested air. This air is divided downstream of the fan 10 between a secondary air flow which is directed directly towards a secondary nozzle (not shown) through which it is ejected to participate in the thrust provided by the turbomachine T, and a so-called primary flow which enters the gas generator, consisting of the low-pressure body and the high-pressure body, then which is ejected into the primary nozzle 16.
  • the pilot of the aircraft modifies the position of a control lever which makes it possible to modify the fuel flow setpoint WFcmd in the combustion chamber 13.
  • the turbomachine T further comprises an electric motor ME configured to provide additional torque to the low-pressure shaft 21 or the high-pressure shaft 22.
  • the operation of the turbomachine T is controlled by an electronic unit 20 which obtains signals representing operating parameters of the turbomachine T, in particular a speed NL of the turbomachine T, to provide the fuel flow setpoint WFcmd and a torque setpoint TRQcmd to the electric motor ME.
  • the speed NL can correspond to different types of speed, in particular, a fan speed, a pressure setpoint known by its English acronym EPR (Engine Pressure Ratio), a high-pressure speed setpoint or other.
  • the electronic unit 20 comprises a regulation system comprising a first loop B1 for regulating the fuel flow rate setpoint WFcmd, hereinafter referred to as “first fuel loop B1”, and a second loop B2 for regulating the electric torque setpoint TRQcmd, hereinafter referred to as “second torque loop B2”.
  • the second torque loop B2 receives as input all the output indicators generated by the first fuel loop B1, i.e. TopAccel, TopDecel, TopButeeAccel, TopButeeDecel, NLTrajAccCons, NLTrajDecelCons, as well as the speed input NL of the turbomachine T.
  • the second torque loop B2 makes it possible to provide an adaptive torque setpoint TRQcmd based on the behavior of the first fuel loop B1 which remains a priority.
  • the first fuel loop B1 also includes a static pressure input in the combustion chamber PS3.
  • the second torque loop B2 comprises a processing block B21 configured to determine a transient torque setpoint TRQtrans from the inputs NLTrajAccCons, NLTrajDecelCons, as well as the speed input NL of the turbomachine T.
  • a processing block B21 is known from the prior art, in particular, from patent application WO2016/020618.
  • the transient torque setpoint TRQtrans makes it possible to electrically respond to the needs of the turbomachine T during a transient regime.
  • the second torque loop B2 further comprises a control module 3, shown schematically in , configured to determine the electric torque setpoint TRQcmd from the transient torque setpoint TRQtrans, a previous electric torque setpoint TRQcmd-1 and a transient phase indicator TopTrans.
  • a control module 3 shown schematically in , configured to determine the electric torque setpoint TRQcmd from the transient torque setpoint TRQtrans, a previous electric torque setpoint TRQcmd-1 and a transient phase indicator TopTrans.
  • control module 3 comprises a first AC switch configured to determine the electrical torque setpoint TRQcmd from the transient torque setpoint TRQtrans and a control setpoint TRQcont based on the transient phase indicator TopTrans.
  • the first AC switch determines that the electric torque setpoint TRQcmd is equal to the transient torque setpoint TRQtrans. Indeed, when the turbomachine T is in transient mode, the electric motor ME provides a torque meeting the transient needs of the turbomachine T.
  • the first AC switch determines that the electrical torque setpoint TRQcmd is equal to the control setpoint TRQcont which aims to reduce the electrical torque.
  • the control setpoint TRQcont will now be presented.
  • the control module 3 further comprises a second switch CB configured to determine the control setpoint TRQcont from a previous electrical torque setpoint TRQcmd-1 and an intermediate control setpoint TRQcinter based on the transient phase indicator TopTrans.
  • the control module 3 further comprises a third DC switch configured to determine the intermediate control setpoint TRQcinter from a reset setpoint and a reduced control setpoint TRQcontr based on a comparison indicator Icomp.
  • the reduced control setpoint TRQcontr is determined from a previous electrical torque setpoint TRQcmd-1 and a previous control setpoint TRQcont-1.
  • the previous electric torque setpoint TRQcmd-1 and the previous control setpoint TRQcont-1 are respectively determined by integrators int1, int2.
  • the reduced control setpoint TRQcontr is determined in a reduction loop 31 from the previous control setpoint TRQcont-1, a time constant tau and the previous electric torque setpoint TRQcmd-1.
  • the second switch CB determines that the control setpoint TRQcont is equal to the previous electric torque setpoint TRQcmd-1.
  • This control setpoint TRQcont is used by the reduction loop 31 to determine the reduced control setpoint TRQcontr. This advantageously makes it possible to synchronize the reduction loop 31 with the electric torque setpoint TRQcmd so that the value of the previous control setpoint TRQcont-1 is in continuity with the values of the electric torque setpoint TRQcmd.
  • the second switch CB determines the control setpoint TRQcont as the intermediate torque setpoint, the electric torque at the starting point of the reset is thus the electric torque at the arrival point of the transient state. The transition is advantageously smooth.
  • the previous control setpoint TRQcont-1 and a target value 0 are compared by an adder add1 to determine a primary deviation eps1.
  • the primary deviation eps1 is then multiplied by the time constant tau in a multiplier block to obtain a secondary deviation eps2.
  • the secondary deviation eps2 is then added to the previous electric torque setpoint TRQcmd-1 via an adder add2 to determine the reduced control setpoint TRQcontr.
  • the reduction loop 31 makes it possible to determine the control setpoint TRQcont according to the following decreasing mathematical law of the first order.
  • the absolute value of the primary deviation eps1 is determined by an absolute value block abs, and is compared with a predetermined extinction constant e by a comparison block comp to determine a comparison indicator Icomp.
  • the comparison indicator Icomp is active if the absolute value of the primary deviation eps1 is less than the predetermined extinction constant e.
  • the predetermined extinction constant e is configured to be close to 0 (zero reset setpoint) in order to force a zero reset of the electrical torque when the electrical requirements are low. This prevents untimely use of the electrical machine ME. It also prevents slow convergence to zero with a first-order mathematical law.
  • the third switch CC determines that the intermediate control setpoint TRQcinter is equal to the reduced control setpoint TRQcontr.
  • This implementation advantageously makes it possible to reduce the output value of the switch CB according to the mathematical law of the first decreasing order as long as the control indicator Icomp is inactive.
  • the turbomachine T can thus switch from one stabilized regime to another while preserving electrical resources.
  • a sudden reset by step RAZ0 also has the disadvantage of causing transition problems between the transient regime phase Rtrans and the stabilized regime phase Rstab and untimely switches between these two regimes.
  • a very gradual reset according to a decreasing ramp RAZ1 also has the disadvantage of causing a continuous error on the electric torque.
  • the time constant tau of the first order mathematical law of the reduction loop 31 is configurable. With reference to the representing several values of time constant tau1, tau2, tau3, we can thus adjust the speed of the response.
  • the low pressure speed setpoint NLcons increases sharply at a first instant t1 which starts a transient speed phase Rtrans.
  • the low pressure speed NL gradually follows the low pressure speed setpoint NLcons in order to avoid any surge phenomenon of the turbomachine T.
  • the low pressure speed NL is close to the low pressure speed setpoint NLcons, which ends the transient speed phase Rtrans.
  • the transient speed phase Rtrans is preceded by a first phase of stabilized speed Rstab1 and followed by a second phase of stabilized speed Rstab2.
  • the high pressure torque setpoint NHcons is reactively followed by the synergistic cooperation between the fuel setpoint WFcmd (Curve C3) and the electric torque setpoint TRQcmd (Curve C4).
  • the transient indicator TopTrans is active and the electrical torque setpoint TRQcmd corresponds to the transient torque setpoint TRQtrans.
  • the reduction loop 31 is disconnected from the output of the second torque loop B2.
  • the second control loop B2 gradually increases the torque of the electric machine on the high-pressure shaft 22. This results in a gradual increase in the rotation speed of the high-pressure shaft 22.
  • the transient indicator TopTrans is inactive (the acceleration transient indicator TopAccel is lowered) and the torque setpoint TRQcmd is gradually reset to zero according to the first-order mathematical law.
  • This allows the first fuel loop B1, which has regained control over the fuel setpoint WFcmd, to regulate the rotation speed of the low-pressure shaft 21 without disturbance.
  • the primary deviation eps1 is small compared to the predetermined extinction constant e, the electrical torque setpoint TRQcmd is reset directly to zero to preserve electrical resources.
  • the second torque loop B2 also receives as input an aircraft sampling instruction TRQaero to meet the electrical needs of the aircraft, in particular, to enable electrical generation.
  • the second torque loop B2 further comprises an adder 4 which adds an aircraft sampling instruction TRQaero to the electric torque instruction TRQcmd determined by the control module 3.
  • an adder 4 which adds an aircraft sampling instruction TRQaero to the electric torque instruction TRQcmd determined by the control module 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for controlling a turbine engine (T) comprising an electric machine, the control method comprising a first fuel control loop (B1) determining a fuel flow rate setpoint (WFcmd) and a second torque control loop (B2) determining an electrical torque setpoint (TRQcmd), the torque control loop (B2) being configured to determine the electrical torque setpoint (TRQcmd) on the basis of a determined transient torque setpoint (TRQtrans), an earlier electrical torque setpoint (TRQcmd-1) and a transient phase indicator (TopTrans), the control setpoint (TRQcont) being determined on the basis of an earlier control setpoint (TRQcont-1), a time constant (tau) and the earlier electrical torque setpoint (TRQcmd-1) according to a decreasing mathematical law of the first order.

Description

Procédé de commande d’une turbomachine comprenant une machine électriqueMethod for controlling a turbomachine comprising an electric machine

La présente invention concerne une turbomachine pour aéronef, en particulier, la commande d’une turbomachine afin de fournir la poussée désirée en fonction de la position de la manette de commande du pilote de l’aéronef.The present invention relates to a turbomachine for an aircraft, in particular, to the control of a turbomachine in order to provide the desired thrust as a function of the position of the control lever of the pilot of the aircraft.

Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.Climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various restrictions on carbon emissions have been, are being or will be adopted by various States. In particular, an ambitious standard applies both to new types of aircraft but also to those in circulation requiring the implementation of technological solutions in order to make them compliant with the regulations in force. Civil aviation has been mobilizing for several years now to make a contribution to the fight against climate change.

Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.Technological research efforts have already made it possible to significantly improve the environmental performance of aircraft. The Applicant takes into consideration the impact factors in all phases of design and development to obtain less energy-intensive, more environmentally friendly aeronautical components and products whose integration and use in civil aviation have moderate environmental consequences with the aim of improving the energy efficiency of aircraft.

Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire l'empreinte environnementale de son activité.Consequently, the Applicant is constantly working to reduce its negative climate impact by using methods and operating virtuous development and manufacturing processes and minimizing greenhouse gas emissions to the minimum possible in order to reduce the environmental footprint of its activity.

Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’aéronefs, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.This sustained research and development work covers new generations of aircraft engines, the weight reduction of aircraft, particularly through the materials used and the lighter on-board equipment, the development of the use of electrical technologies to provide propulsion, and, as an essential complement to technological progress, aeronautical biofuels.

En référence à la , il est représenté de manière schématique une turbomachine 100 du type turboréacteur à double flux et double corps pour aéronef. De manière connue, la turbomachine 100 comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante 110, un compresseur basse pression 111, un compresseur haute pression 112, une chambre de combustion 113 qui reçoit une consigne de débit de carburant WFcmd, une turbine haute pression 114, une turbine basse pression 115 et une tuyère primaire d'échappement 116. Le compresseur basse pression (ou BP) 111 et la turbine basse pression 115 sont reliés par un arbre basse pression 121 et forment ensemble un corps basse pression. Le compresseur haute pression (ou HP) 112 et la turbine haute pression 114 sont reliés par un arbre haute pression 122 et forment ensemble un corps haute pression. La soufflante 110, qui est entraînée par l'arbre basse pression 121, comprime l'air ingéré. Cet air se divise en aval de la soufflante 110 entre un flux d'air secondaire qui est dirigé directement vers une tuyère secondaire (non représentée) par laquelle il est éjecté, et un flux dit primaire qui pénètre dans le générateur de gaz, constitué par le corps basse pression et le corps haute pression, puis qui est éjecté dans la tuyère primaire 116. De manière connue, pour modifier le régime de la turbomachine 100, le pilote de l’aéronef modifie la position d’une manette de commande qui permet de modifier la consigne de débit de carburant WFcmd dans la chambre de combustion 113.In reference to the , there is shown schematically a turbomachine 100 of the double-flow and double-spool turbojet type for aircraft. In a known manner, the turbomachine 100 comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan 110, a low-pressure compressor 111, a high-pressure compressor 112, a combustion chamber 113 which receives a fuel flow setpoint WFcmd, a high-pressure turbine 114, a low-pressure turbine 115 and a primary exhaust nozzle 116. The low-pressure compressor (or LP) 111 and the low-pressure turbine 115 are connected by a low-pressure shaft 121 and together form a low-pressure body. The high-pressure compressor (or HP) 112 and the high-pressure turbine 114 are connected by a high-pressure shaft 122 and together form a high-pressure body. The fan 110, which is driven by the low-pressure shaft 121, compresses the ingested air. This air is divided downstream of the fan 110 between a secondary air flow which is directed directly towards a secondary nozzle (not shown) through which it is ejected, and a so-called primary flow which enters the gas generator, consisting of the low-pressure body and the high-pressure body, then which is ejected into the primary nozzle 116. In a known manner, to modify the speed of the turbomachine 100, the pilot of the aircraft modifies the position of a control lever which makes it possible to modify the fuel flow setpoint WFcmd in the combustion chamber 113.

La conception d’une turbomachine 100 nécessite de prendre en compte une marge suffisante contre le phénomène dit de pompage. Ce phénomène qui résulte d'une incidence excessive du flux d'air sur les aubes d'un des compresseurs aboutit à des fluctuations importantes et rapides de la pression en aval du compresseur concerné et peut conduire à une extinction de la chambre de combustion 113. Il génère en outre des à-coups importants sur les aubes du compresseur et peut ainsi conduire à des dégradations mécaniques. Il convient donc tout particulièrement d'éviter son apparition. Le fonctionnement d'un compresseur en utilisation est généralement représenté par un diagramme qui exprime le rapport de pression obtenu entre la sortie et l'entrée, en fonction du débit d'air qui le traverse ; ce diagramme est en outre paramétré en fonction de la vitesse de rotation du compresseur. Dans ce diagramme figure une ligne de pompage qui constitue la limite maximale en taux de compression à ne pas dépasser, pour ne pas risquer l'apparition d’un phénomène de pompage. De manière connue, on définit une ligne, dite de fonctionnement, associant les taux de compression obtenus en fonction du débit, lorsque la turbomachine 100 est en fonctionnement stabilisé. Le positionnement de cette ligne de fonctionnement est laissé à l'appréciation du concepteur de la turbomachine 100 et la distance de cette ligne de fonctionnement à la ligne de pompage représente la marge au pompage. II convient de remarquer que le rendement du compresseur (travail de compression fourni à l'air, rapporté au travail fourni pour l'entraîner en rotation) est, en première approximation, meilleur au fur et à mesure que l'on se rapproche de la ligne de pompage. A contrario, les accélérations demandées par le pilote à partir d'un fonctionnement stabilisé (phase transitoire) pour obtenir une augmentation de la poussée, se traduisent au niveau du compresseur par une excursion du point de fonctionnement qui s'effectue en direction de la ligne de pompage. The design of a turbomachine 100 requires taking into account a sufficient margin against the so-called surge phenomenon. This phenomenon, which results from an excessive incidence of the air flow on the blades of one of the compressors, results in significant and rapid fluctuations in the pressure downstream of the compressor concerned and can lead to extinction of the combustion chamber 113. It also generates significant jolts on the compressor blades and can thus lead to mechanical damage. It is therefore particularly appropriate to avoid its occurrence. The operation of a compressor in use is generally represented by a diagram which expresses the pressure ratio obtained between the outlet and the inlet, as a function of the air flow passing through it; this diagram is also parameterized as a function of the compressor rotation speed. This diagram shows a surge line which constitutes the maximum limit in compression ratio not to be exceeded, so as not to risk the occurrence of a surge phenomenon. In a known manner, a line is defined, called the operating line, associating the compression ratios obtained as a function of the flow rate, when the turbomachine 100 is in stabilized operation. The positioning of this operating line is left to the discretion of the designer of the turbomachine 100 and the distance from this operating line to the pumping line represents the pumping margin. It should be noted that the efficiency of the compressor (compression work provided to the air, relative to the work provided to drive it in rotation) is, as a first approximation, better as one approaches the pumping line. Conversely, the accelerations requested by the pilot from a stabilized operation (transient phase) to obtain an increase in thrust, result at the compressor level in an excursion of the operating point which occurs in the direction of the pumping line.

En effet, une injection supplémentaire de carburant dans la chambre de combustion 113 provoque une élévation quasi instantanée du taux de compression, alors même que le régime de rotation n'a pas le temps d'augmenter du fait de l'inertie. La variation d'enthalpie apportée au fluide par la combustion du carburant ajouté génère alors une augmentation du travail fourni par chaque turbine et, par conséquent une augmentation de la vitesse de rotation du corps correspondant. Ceci se traduit au niveau du diagramme du compresseur par un retour du point de fonctionnement sur la ligne de fonctionnement lorsque le régime se stabilise à nouveau, à un point de fonctionnement qui correspond à un débit plus élevé que celui du point de fonctionnement précédent. Indeed, an additional injection of fuel into the combustion chamber 113 causes an almost instantaneous increase in the compression ratio, even though the rotation speed does not have time to increase due to inertia. The variation in enthalpy brought to the fluid by the combustion of the added fuel then generates an increase in the work provided by each turbine and, consequently, an increase in the rotation speed of the corresponding body. This is reflected in the compressor diagram by a return of the operating point to the operating line when the speed stabilizes again, at an operating point which corresponds to a higher flow rate than that of the previous operating point.

Le concepteur d'une turbomachine 100 doit donc essayer d'optimiser le placement de la ligne de fonctionnement en la plaçant le plus haut possible, de façon à bénéficier de meilleurs rendements pour ses compresseurs, tout en gardant une distance suffisante vis à vis de la ligne de pompage pour permettre des accélérations sûres.The designer of a 100 turbomachine must therefore try to optimize the placement of the operating line by placing it as high as possible, so as to benefit from better efficiency for its compressors, while keeping a sufficient distance from the pumping line to allow safe accelerations.

Afin d’éviter tout phénomène de pompage, une turbomachine 100 comporte un système de régulation mis en œuvre par une unité électronique. En référence à la , le système de régulation comprend un module de gestion stabilisée 31, un module de détection d'intention de transitoire 32, un module de génération d'une trajectoire de régime 33, un module de gestion du transitoire 33’, un module de sélection 34, un module d'intégration 35 ainsi qu’un module de gestion de butée 36.In order to avoid any pumping phenomenon, a turbomachine 100 includes a regulation system implemented by an electronic unit. With reference to the , the regulation system comprises a stabilized management module 31, a transient intention detection module 32, a speed trajectory generation module 33, a transient management module 33', a selection module 34, an integration module 35 and a stop management module 36.

Le module de gestion du transitoire 33’ fournit une grandeur de correction au module de sélection 34 en fonction de la différence entre le régime NL de la turbomachine 100 et la trajectoire issue du module de génération d'une trajectoire de régime 33. Le module de gestion stabilisée 31 fournit une grandeur de correction au module de sélection 34 en fonction de la différence entre le régime NL de la turbomachine 100 et le régime de consigne NLCONS. Le régime NL peut correspondre à différents types de régime, notamment, un régime de soufflante, une consigne de pression connue sous son acronyme anglais EPR (Engine Pressure Ratio), une consigne haute pression ou autre.The transient management module 33' provides a correction quantity to the selection module 34 as a function of the difference between the speed NL of the turbomachine 100 and the trajectory from the module for generating a speed trajectory 33. The stabilized management module 31 provides a correction quantity to the selection module 34 as a function of the difference between the speed NL of the turbomachine 100 and the setpoint speed NL CONS . The speed NL may correspond to different types of speed, in particular, a fan speed, a pressure setpoint known by its English acronym EPR (Engine Pressure Ratio), a high pressure setpoint or other.

Le régime de consigne NLCONS est proportionnel à la position de la manette de commande manipulable par le pilote de l’aéronef. Un tel module de gestion stabilisée 31 est connu de l’homme du métier et ne sera pas présenté plus en détails.The NL CONS setpoint regime is proportional to the position of the control lever that can be manipulated by the pilot of the aircraft. Such a stabilized management module 31 is known to those skilled in the art and will not be presented in more detail.

Le module de détection d'intention de transitoire 32 a pour but de détecter une intention de transitoire souhaitée par le pilote. Le module de détection d'intention de transitoire 32 détermine une différence entre le régime NL de la turbomachine 100 et le régime de consigne NLCONS. Lorsque la manette de commande reste dans une position constante et que le module de gestion stabilisée 31 est mise en œuvre, le régime réel NL de la turbomachine 100 est stationnaire et égal au régime de consigne NLCONS. Si le pilote déplace la manette de commande, le régime de consigne NLCONS varie instantanément. Au contraire, le régime NL ne varie pas instantanément en raison de l'inertie de la turbomachine 100 et du module de gestion stabilisée 31. Ainsi, le module de détection d'intention de transitoire 32 détecte une intention de transitoire lorsque la différence entre le régime de consigne NLCONS et le régime réel NL est supérieure à un seuil prédéterminé S2. The purpose of the transient intention detection module 32 is to detect a transient intention desired by the pilot. The transient intention detection module 32 determines a difference between the speed NL of the turbomachine 100 and the setpoint speed NL CONS . When the control lever remains in a constant position and the stabilized management module 31 is implemented, the actual speed NL of the turbomachine 100 is stationary and equal to the setpoint speed NL CONS . If the pilot moves the control lever, the setpoint speed NL CONS varies instantaneously. On the contrary, the speed NL does not vary instantaneously due to the inertia of the turbomachine 100 and the stabilized management module 31. Thus, the transient intention detection module 32 detects a transient intention when the difference between the setpoint speed NL CONS and the actual speed NL is greater than a predetermined threshold S2.

Dans le cas d'une demande accélération, si l’écart de régime est supérieur au seuil prédéterminé S2 (NLCONS- NL > S2), une demande d’accélération est détectée. De manière analogue, dans le cas d'une décélération, si l’écart de régime est supérieur au seuil prédéterminé S2 (NL - NLCONS > S2), une demande de décélération est détectée. Lorsque qu’une phase transitoire est détectée, le module de détection d'intention de transitoire 32 génère un signal d'activation, qui est transmis au module de génération d'une trajectoire de régime 33 et au module de sélection 34 comme illustré à la .In the case of an acceleration request, if the speed deviation is greater than the predetermined threshold S2 (NL CONS - NL > S2), an acceleration request is detected. Similarly, in the case of a deceleration, if the speed deviation is greater than the predetermined threshold S2 (NL - NL CONS > S2), a deceleration request is detected. When a transient phase is detected, the transient intention detection module 32 generates an activation signal, which is transmitted to the speed trajectory generation module 33 and to the selection module 34 as illustrated in FIG. .

Dans le cas d'une demande accélération, le module de génération d'une trajectoire de régime 33 détermine une consigne de régime pour l’accélération (trajectoire d’accélération). De manière analogue, dans le cas d'une décélération, le module de génération d'une trajectoire de régime 33 détermine une consigne de régime pour la décélération (trajectoire de décélération). En fonction de la trajectoire générée, le module de génération d'une trajectoire de régime 33 fournit une grandeur de correction au module de sélection 34.In the case of an acceleration request, the speed trajectory generation module 33 determines a speed setpoint for acceleration (acceleration trajectory). Similarly, in the case of deceleration, the speed trajectory generation module 33 determines a speed setpoint for deceleration (deceleration trajectory). Depending on the trajectory generated, the speed trajectory generation module 33 provides a correction quantity to the selection module 34.

Un tel module de génération d'une trajectoire de régime 33 est connu de l’homme du métier, en particulier par la demande de brevet US2013/0008171 et la demande de brevet FR2977638A1, et ne sera pas présenté plus en détails.Such a module for generating a regime trajectory 33 is known to those skilled in the art, in particular from patent application US2013/0008171 and patent application FR2977638A1, and will not be presented in more detail.

Dans cet exemple, le module de sélection 34 est configuré pour recevoir un signal d'activation du module de détection d'intention de transitoire 32. Le module de sélection 34 sélectionne la grandeur de correction issue du module de gestion stabilisée 31 en l’absence de réception d’un signal d’activation et sélectionne la grandeur de correction issue du module de gestion du transitoire 33’ en cas de réception d’un signal d’activation. Un tel module de sélection 34 est connu de l’homme du métier et ne sera pas présenté plus en détails. La grandeur de correction sélectionnée est fournie au module d'intégration 35. Le module d'intégration 35 détermine la consigne de débit de carburant WFcmd par intégration de la grandeur de correction sélectionnée.In this example, the selection module 34 is configured to receive an activation signal from the transient intention detection module 32. The selection module 34 selects the correction quantity from the stabilized management module 31 in the absence of reception of an activation signal and selects the correction quantity from the transient management module 33' in the event of reception of an activation signal. Such a selection module 34 is known to those skilled in the art and will not be presented in further detail. The selected correction quantity is provided to the integration module 35. The integration module 35 determines the fuel flow setpoint WFcmd by integrating the selected correction quantity.

Le module de gestion de butée 36 limite la valeur de la consigne de débit de carburant WFcmd déterminée par le module d'intégration 35. De manière connue, le module de gestion de butée 36 met en œuvre une butée, dite butée C/P connue de l'homme du métier afin de protéger la turbomachine à l’encontre du pompage. Dans cet exemple le module de gestion de butée 36 permet de définir des consignes de butée en accélération et en décélération. De telles butées sont connues de l’homme du métier et ne seront pas présentées plus en détails.The stop management module 36 limits the value of the fuel flow setpoint WFcmd determined by the integration module 35. In a known manner, the stop management module 36 implements a stop, called a C/P stop known to those skilled in the art in order to protect the turbomachine against surge. In this example, the stop management module 36 makes it possible to define stop setpoints in acceleration and deceleration. Such stops are known to those skilled in the art and will not be presented in more detail.

Le module de génération d'une trajectoire de régime 33 et le module de gestion de butée 36 permettent de définir une trajectoire d’accélération qui a pour conséquence de brider la consigne de débit de carburant WFcmd afin d’éviter un pompage. Un tel système de régulation est connu par la demande de brevet FR2977638A1 et ne sera pas présenté plus en détails. De manière incidente, il est connu de protéger un moteur contre le phénomène de pompage lors des transitoires en prenant en compte une consigne d’accélération lors de la régulation (voir par exemple US4543782 et US 2003/0094000).The engine speed trajectory generation module 33 and the stop management module 36 make it possible to define an acceleration trajectory which has the effect of restricting the fuel flow setpoint WFcmd in order to avoid surge. Such a regulation system is known from patent application FR2977638A1 and will not be presented in more detail. Incidentally, it is known to protect an engine against surge phenomena during transients by taking into account an acceleration setpoint during regulation (see for example US4543782 and US 2003/0094000).

Afin d’améliorer le temps de réponse d’une turbomachine lors d’une phase transitoire (accélération, décélération, etc.), il a été proposé d’équiper la turbomachine avec une machine électrique afin de fournir un couple électrique supplémentaire pour augmenter le régime de la turbomachine sans conduire à un phénomène de pompage. A cet effet, on connaît par le demande de brevet WO2016/020618 une turbomachine pour aéronef comprenant une machine électrique pour prélever de la puissance sur l’arbre basse pression et injecter de la puissance sur l’arbre haute pression. De manière incidente, on connaît par les demandes de brevet FR3116865A1 et FR3087491A1 des procédé de commande d’une turbomachine comportant un moteur électrique.In order to improve the response time of a turbomachine during a transient phase (acceleration, deceleration, etc.), it has been proposed to equip the turbomachine with an electric machine in order to provide additional electric torque to increase the speed of the turbomachine without leading to a surge phenomenon. For this purpose, patent application WO2016/020618 discloses a turbomachine for an aircraft comprising an electric machine for taking power from the low-pressure shaft and injecting power into the high-pressure shaft. Incidentally, patent applications FR3116865A1 and FR3087491A1 disclose methods for controlling a turbomachine comprising an electric motor.

Pour réduire les dépenses énergétiques liées à la machine électrique, il est connu de n’utiliser la machine électrique que lors d’une phase transitoire. En pratique, la machine électrique est stoppée à la fin de la phase transitoire et il en résulte une perte de couple soudaine (modification du type échelon) qui est compensée automatiquement par une modification de la consigne de débit de carburant WFcmd.To reduce the energy costs related to the electric machine, it is known to use the electric machine only during a transient phase. In practice, the electric machine is stopped at the end of the transient phase and this results in a sudden loss of torque (step-type modification) which is automatically compensated by a modification of the fuel flow setpoint WFcmd.

Cela peut engendrer des variations importantes de régime et des activations/désactivations à répétition de la machine électrique, ce qui peut pénaliser la poussée ainsi que la durée de vie de la machine électrique.This can cause significant variations in speed and repeated activations/deactivations of the electric machine, which can penalize the thrust as well as the life of the electric machine.

L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un procédé de commande d’une turbomachine permettant d’améliorer la gestion de la machine électrique après une phase transitoire.The invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks by proposing a method for controlling a turbomachine making it possible to improve the management of the electric machine after a transient phase.

PRESENTATION DE L’INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION

A cet effet, l'invention est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des aéronefs et, en ce sens, contribue à la réduction de l’impact environnemental des aéronefs. Pour cela, l’invention concerne un procédé de commande d’une turbomachine comprenant une soufflante positionnée en amont d'un générateur de gaz et délimitant un flux primaire et un flux secondaire, ledit générateur de gaz étant traversé par le flux primaire et comprenant un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression, ladite turbine basse pression étant reliée audit compresseur basse pression par un arbre de rotation basse pression et ladite turbine haute pression étant reliée audit compresseur haute pression par un arbre de rotation haute pression, la turbomachine étant configurée pour être dans une phase transitoire ou dans une phase stabilisée, la turbomachine comprenant une machine électrique configurée pour appliquer un couple sur l’arbre de rotation basse pression ou sur l’arbre de rotation haute pression au cours de la phase transitoire, procédé dans lequel une consigne de débit de carburant dans la chambre de combustion et une consigne de couple électrique fournie à la machine électrique sont déterminées, le procédé de commande comportant une première boucle de régulation de carburant déterminant la consigne de débit de carburant et une deuxième boucle de régulation de couple déterminant la consigne de couple électrique.To this end, the invention is the result of technological research aimed at significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft. For this, the invention relates to a method for controlling a turbomachine comprising a fan positioned upstream of a gas generator and delimiting a primary flow and a secondary flow, said gas generator being crossed by the primary flow and comprising a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a combustion chamber, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine, said low-pressure turbine being connected to said low-pressure compressor by a low-pressure rotation shaft and said high-pressure turbine being connected to said high-pressure compressor by a high-pressure rotation shaft, the turbomachine being configured to be in a transient phase or in a stabilized phase, the turbomachine comprising an electric machine configured to apply a torque to the low-pressure rotation shaft or to the high-pressure rotation shaft during the transient phase, method in which a fuel flow rate setpoint in the combustion chamber and an electric torque setpoint supplied to the electric machine are determined, the control method comprising a first fuel control loop determining the fuel flow rate setpoint and a second torque control loop determining the electric torque setpoint.

L’invention est remarquable en ce que :

  • La deuxième boucle de régulation de couple est configurée pour déterminer la consigne de couple électrique à partir d’une consigne de couple transitoire déterminée, d’une consigne de couple électrique antérieure et d’un indicateur de phase transitoire,
  • La deuxième boucle de régulation de couple est configurée, lorsque l’indicateur de phase transitoire est inactif, pour déterminer que la consigne de couple électrique est égale à une consigne de contrôle, la consigne de contrôle étant déterminée à partir d’une consigne de contrôle antérieure, d’une constante de temps et de la consigne de couple électrique antérieure selon une loi mathématique décroissante du premier ordre.
The invention is remarkable in that:
  • The second torque control loop is configured to determine the electrical torque setpoint from a determined transient torque setpoint, a previous electrical torque setpoint and a transient phase indicator,
  • The second torque control loop is configured, when the transient phase indicator is inactive, to determine that the electrical torque setpoint is equal to a control setpoint, the control setpoint being determined from a prior control setpoint, a time constant, and the prior electrical torque setpoint according to a decreasing first-order mathematical law.

Grâce à l’invention, la consigne de couple électrique est réduite de manière rapide et contrôlée tout en limitant l’erreur statique. Cela permet de réduire la consommation électrique après une phase de transitoire tout en évitant une remise à zéro brusque qui pourrait entrainer des compensations par la première boucle de régulation de carburant. La remise à zéro de la consigne de couple électrique est ainsi optimale.Thanks to the invention, the electric torque setpoint is reduced in a rapid and controlled manner while limiting the static error. This makes it possible to reduce the electrical consumption after a transient phase while avoiding an abrupt reset which could lead to compensations by the first fuel control loop. The reset of the electric torque setpoint is thus optimal.

De manière préférée, la loi mathématique est égale à

  • Dans laquelle
  • TRQcont est la consigne de contrôle
  • TRQcont-1 est la consigne de contrôle antérieure
  • tau est la constante de temps
  • TRQcmd-1 est la consigne de couple électrique antérieure
  • t est le temps.
Preferably, the mathematical law is equal to
  • In which
  • TRQcont is the control instruction
  • TRQcont-1 is the previous control instruction
  • tau is the time constant
  • TRQcmd-1 is the previous electric torque setpoint
  • t is the time.

De manière avantageuse, la constante de temps tau est une image de la vitesse d’annulation du couple électrique et peut avantageusement être paramétrée.Advantageously, the time constant tau is an image of the speed of cancellation of the electric torque and can advantageously be parameterized.

De préférence, la boucle de régulation de couple est configurée pour remettre à zéro la consigne de contrôle lorsque la valeur absolue de la consigne de couple de contrôle antérieure est inférieure à une constante d’extinction prédéterminée. Ainsi, on évite un arrêt très lent de l’apport électrique lorsque l’apport électrique est faible. Toute utilisation intempestive de la machine électrique est ainsi évitée.Preferably, the torque control loop is configured to reset the control setpoint when the absolute value of the previous control torque setpoint is less than a predetermined turn-off constant. This avoids a very slow shutdown of the electrical input when the electrical input is low. Any untimely use of the electrical machine is thus avoided.

Selon un aspect, la constante de temps régissant la remise à zéro de la consigne de contrôle est paramétrable. Cela permet de régler de manière pratique la dynamique de remise à zéro du couple en adéquation avec la dynamique de la première boucle de régulation carburant.In one aspect, the time constant governing the resetting of the control setpoint is configurable. This allows the torque resetting dynamics to be conveniently adjusted in line with the dynamics of the first fuel control loop.

Selon un aspect, la boucle de régulation de couple est configurée pour recevoir des indicateurs transitoires émis par la boucle de régulation de carburant et pour déterminer l’indicateur de phase transitoire à partir des indicateurs transitoires.In one aspect, the torque control loop is configured to receive transient indicators output by the fuel control loop and to determine the transient phase indicator from the transient indicators.

Selon un aspect, la boucle de régulation de couple est configurée pour ajouter une consigne de prélèvement de puissance aéronef à la consigne de couple électrique. Ainsi, la consigne de couple électrique peut prendre en compte les régimes transitoires mais également les besoins de l’aéronef en énergie électrique.In one aspect, the torque control loop is configured to add an aircraft power draw setpoint to the electrical torque setpoint. Thus, the electrical torque setpoint can take into account transient regimes but also the electrical energy needs of the aircraft.

L’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé de commande tel que présentée précédemment lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. The invention also relates to a computer program comprising instructions for executing the steps of a control method as presented above when said program is executed by a computer.

L’invention concerne également une unité électronique de commande pour turbomachine comprenant une mémoire incluant des instructions d’un programme d’ordinateur tel que présentée précédemment. The invention also relates to an electronic control unit for a turbomachine comprising a memory including instructions of a computer program as presented previously.

L’invention concerne également une turbomachine comprenant une unité électronique telle que présentée précédemment.The invention also relates to a turbomachine comprising an electronic unit as presented previously.

PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF FIGURES

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.The invention will be better understood upon reading the description which follows, given by way of example, and referring to the following figures, given by way of non-limiting examples, in which identical references are given to similar objects.

La est une représentation schématique d’une turbomachine selon l’art antérieur.There is a schematic representation of a turbomachine according to the prior art.

la est une représentation schématique d’un système de régulation d’une consigne de débit de carburant selon l’art antérieur.there is a schematic representation of a system for regulating a fuel flow setpoint according to the prior art.

La est une représentation schématique d’une turbomachine selon une forme de réalisation de l’invention.There is a schematic representation of a turbomachine according to one embodiment of the invention.

La est une représentation schématique d’un système de régulation d’une consigne de débit de carburant et d’une consigne de couple électrique.There is a schematic representation of a system for regulating a fuel flow setpoint and an electric torque setpoint.

La est une représentation schématique d’une boucle de régulation de la consigne de couple électrique.There is a schematic representation of an electric torque setpoint control loop.

La est une représentation schématique d’un bloc de détermination de transitoire.There is a schematic representation of a transient determination block.

La est une représentation schématique d’un module de contrôle.There is a schematic representation of a control module.

La est une représentation schématique de plusieurs lois mathématiques de réduction de couple à zéro.There is a schematic representation of several mathematical laws of torque reduction to zero.

La est une représentation schématique de réductions de couple à zéro selon un premier ordre décroissant pour différentes constantes de temps.There is a schematic representation of torque reductions to zero in a first decreasing order for different time constants.

La est une représentation schématique de l’évolution de plusieurs grandeurs physiques au cours du temps lors de changements de régime de la turbomachine.There is a schematic representation of the evolution of several physical quantities over time during changes in the turbomachine's regime.

La est une représentation schématique d’un système de régulation d’une consigne de débit de carburant et d’une consigne de couple, prenant en compte un prélèvement électrique issu de l’aéronef dans la régulation de la consigne de couple électrique.There is a schematic representation of a system for regulating a fuel flow setpoint and a torque setpoint, taking into account an electrical draw from the aircraft in the regulation of the electrical torque setpoint.

La est une représentation schématique d’une boucle de régulation de la consigne de couple électrique prenant en compte le prélèvement électrique issu de l’aéronef.There is a schematic representation of an electrical torque setpoint regulation loop taking into account the electrical draw from the aircraft.

Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.It should be noted that the figures set out the invention in detail to implement the invention, said figures can of course be used to better define the invention where appropriate.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

En référence à la , il est représenté de manière schématique une turbomachine T du type turboréacteur à double flux et double corps pour aéronef. De manière connue, la turbomachine T comprend, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante 10, un compresseur basse pression 11, un compresseur haute pression 12, une chambre de combustion 13 qui reçoit une consigne de débit de carburant WFcmd, une turbine haute pression 14, une turbine basse pression 15 et une tuyère primaire d'échappement 16. Le compresseur basse pression (ou BP) 11 et la turbine basse pression 15 sont reliés par un arbre basse pression 21 et forment ensemble un corps basse pression. Le compresseur haute pression (ou HP) 12 et la turbine haute pression 14 sont reliés par un arbre haute pression 22 et forment ensemble, avec la chambre de combustion 13, un corps haute pression. La soufflante 10, qui est entraînée par l'arbre basse pression 21, comprime l'air ingéré. Cet air se divise en aval de la soufflante 10 entre un flux d'air secondaire qui est dirigé directement vers une tuyère secondaire (non représentée) par laquelle il est éjecté pour participer à la poussée fournie par la turbomachine T, et un flux dit primaire qui pénètre dans le générateur de gaz, constitué par le corps basse pression et le corps haute pression, puis qui est éjecté dans la tuyère primaire 16. De manière connue, pour modifier le régime d’une turbomachine T, le pilote de l’aéronef modifie la position d’une manette de commande qui permet de modifier la consigne de débit de carburant WFcmd dans la chambre de combustion 13.In reference to the , a turbomachine T of the double-flow and double-spool turbojet type for aircraft is schematically represented. In a known manner, the turbomachine T comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan 10, a low-pressure compressor 11, a high-pressure compressor 12, a combustion chamber 13 which receives a fuel flow setpoint WFcmd, a high-pressure turbine 14, a low-pressure turbine 15 and a primary exhaust nozzle 16. The low-pressure compressor (or LP) 11 and the low-pressure turbine 15 are connected by a low-pressure shaft 21 and together form a low-pressure body. The high-pressure compressor (or HP) 12 and the high-pressure turbine 14 are connected by a high-pressure shaft 22 and together form, with the combustion chamber 13, a high-pressure body. The fan 10, which is driven by the low-pressure shaft 21, compresses the ingested air. This air is divided downstream of the fan 10 between a secondary air flow which is directed directly towards a secondary nozzle (not shown) through which it is ejected to participate in the thrust provided by the turbomachine T, and a so-called primary flow which enters the gas generator, consisting of the low-pressure body and the high-pressure body, then which is ejected into the primary nozzle 16. In a known manner, to modify the speed of a turbomachine T, the pilot of the aircraft modifies the position of a control lever which makes it possible to modify the fuel flow setpoint WFcmd in the combustion chamber 13.

En référence à la , la turbomachine T comporte en outre un moteur électrique ME configuré pour fournir un couple supplémentaire à l’arbre basse pression 21 ou l’arbre haute pression 22. Le fonctionnement de la turbomachine T est commandé par une unité électronique 20 qui obtient des signaux représentant des paramètres de fonctionnement de la turbomachine T, notamment un régime NL de la turbomachine T, pour fournir la consigne de débit de carburant WFcmd et une consigne de couple TRQcmd au moteur électrique ME. Le régime NL peut correspondre à différents types de régime, notamment, un régime de soufflante, une consigne de pression connue sous son acronyme anglais EPR (Engine Pressure Ratio), une consigne de régime haute pression ou autre.In reference to the , the turbomachine T further comprises an electric motor ME configured to provide additional torque to the low-pressure shaft 21 or the high-pressure shaft 22. The operation of the turbomachine T is controlled by an electronic unit 20 which obtains signals representing operating parameters of the turbomachine T, in particular a speed NL of the turbomachine T, to provide the fuel flow setpoint WFcmd and a torque setpoint TRQcmd to the electric motor ME. The speed NL can correspond to different types of speed, in particular, a fan speed, a pressure setpoint known by its English acronym EPR (Engine Pressure Ratio), a high-pressure speed setpoint or other.

Comme illustré à la , l’unité électronique 20 comporte un système de régulation comportant une première boucle B1 de régulation de la consigne de débit de carburant WFcmd, désignée par la suite « première boucle de carburant B1 », et une deuxième boucle B2 de régulation de la consigne de couple électrique TRQcmd, désignée par la suite « deuxième boucle de couple B2 ».As illustrated in the , the electronic unit 20 comprises a regulation system comprising a first loop B1 for regulating the fuel flow rate setpoint WFcmd, hereinafter referred to as “first fuel loop B1”, and a second loop B2 for regulating the electric torque setpoint TRQcmd, hereinafter referred to as “second torque loop B2”.

Comme illustré à la , la première boucle de carburant B1 comporte :

  • Une entrée de température T2
  • une entrée de régime NL de la turbomachine T
  • une entrée de régime de consigne NLCONS définie par la position de la manette de commande manipulable par le pilote de l’aéronef,
  • une sortie de consigne de débit de carburant WFcmd transmise à la turbomachine T et
  • une pluralité d’indicateurs de sortie :
    • un indicateur d’une demande de transitoire d’accélération TopAccel
    • un indicateur d’une demande de transitoire de décélération TopDecel
    • un indicateur d’une butée d’accélération TopButeeAccel définie par la saturation de la commande des correcteurs par la butée C/P d’accélération
    • un indicateur d’une butée de décélération TopButeeDecel définie par la saturation de la commande des correcteurs par la butée C/P d’extinction
    • une consigne de trajectoire de régime pour l’accélération NLTrajAccCons
    • une consigne de trajectoire de régime pour la décélération NLTrajDecelCons
As illustrated in the , the first fuel loop B1 comprises:
  • A temperature input T2
  • an NL regime input of the turbomachine T
  • a setpoint input NL CONS defined by the position of the control lever that can be manipulated by the aircraft pilot,
  • a WFcmd fuel flow setpoint output transmitted to the turbomachine T and
  • a plurality of output indicators:
    • an indicator of a TopAccel acceleration transient request
    • an indicator of a TopDecel deceleration transient request
    • an indicator of a TopButeeAccel acceleration stop defined by the saturation of the corrector control by the C/P acceleration stop
    • an indicator of a TopButeeDecel deceleration stop defined by the saturation of the corrector control by the C/P extinction stop
    • a trajectory speed instruction for acceleration NLTrajAccCons
    • a trajectory speed instruction for deceleration NLTrajDecelCons

Toujours en référence à la , la deuxième boucle de couple B2 reçoit en entrée tous les indicateurs de sortie générés par la première boucle de carburant B1, c’est-à-dire TopAccel, TopDecel, TopButeeAccel, TopButeeDecel, NLTrajAccCons, NLTrajDecelCons, ainsi que l’entrée de régime NL de la turbomachine T.Still referring to the , the second torque loop B2 receives as input all the output indicators generated by the first fuel loop B1, i.e. TopAccel, TopDecel, TopButeeAccel, TopButeeDecel, NLTrajAccCons, NLTrajDecelCons, as well as the speed input NL of the turbomachine T.

Grâce à ce système de régulation, la deuxième boucle de couple B2 permet de fournir une consigne de couple TRQcmd adaptive en fonction du comportement de la première boucle de carburant B1 qui demeure prioritaire. Dans cet exemple, la première boucle de carburant B1 comporte également une entrée de pression statique dans la chambre de combustion PS3.Thanks to this regulation system, the second torque loop B2 makes it possible to provide an adaptive torque setpoint TRQcmd based on the behavior of the first fuel loop B1 which remains a priority. In this example, the first fuel loop B1 also includes a static pressure input in the combustion chamber PS3.

De manière détaillée, en référence à la , la deuxième boucle de couple B2 comporte un bloc de traitement B21 configuré pour déterminer une consigne de couple transitoire TRQtrans à partir des entrées NLTrajAccCons, NLTrajDecelCons, ainsi que l’entrée de régime NL de la turbomachine T. Un tel bloc de traitement B21 est connu de l’art antérieur, en particulier, par la demande de brevet WO2016/020618. La consigne de couple transitoire TRQtrans permet de répondre de manière électrique aux besoins de la turbomachine T lors d’un régime de transitoire.In detail, with reference to the , the second torque loop B2 comprises a processing block B21 configured to determine a transient torque setpoint TRQtrans from the inputs NLTrajAccCons, NLTrajDecelCons, as well as the speed input NL of the turbomachine T. Such a processing block B21 is known from the prior art, in particular, from patent application WO2016/020618. The transient torque setpoint TRQtrans makes it possible to electrically respond to the needs of the turbomachine T during a transient regime.

La deuxième boucle de couple B2 comporte en outre un module de contrôle 3, représenté de manière schématique en , configuré pour déterminer la consigne de couple électrique TRQcmd à partir de la consigne de couple transitoire TRQtrans, d’une consigne de couple électrique antérieure TRQcmd-1 et d’un indicateur de phase transitoire TopTrans.The second torque loop B2 further comprises a control module 3, shown schematically in , configured to determine the electric torque setpoint TRQcmd from the transient torque setpoint TRQtrans, a previous electric torque setpoint TRQcmd-1 and a transient phase indicator TopTrans.

Dans cet exemple, l’indicateur de phase transitoire TopTrans est actif lorsque la turbomachine T est en régime transitoire. A cet effet, comme illustré à la , la deuxième boucle de couple B2 comporte un bloc de détermination de transitoire B22 pour déterminer l’indicateur de phase transitoire TopTrans. En référence à la , l’indicateur de phase transitoire TopTrans est déterminé à partir des entrées TopAccel, TopDecel, TopButeeAccel, TopButeeDecel. En particulier, l’indicateur de phase transitoire TopTrans est actif :

  • lorsqu’une accélération est demandée et lorsque la butée d’accélération est déjà atteinte (TopAccel et TopButeeAccel activés)
  • lorsqu’une décélération est demandée et lorsque la butée de décélération est déjà atteinte (TopDecel et TopButeeDecel activés).
In this example, the TopTrans transient phase indicator is active when the turbomachine T is in transient mode. For this purpose, as illustrated in , the second torque loop B2 has a transient determination block B22 to determine the transient phase indicator TopTrans. With reference to the , the TopTrans transient phase indicator is determined from the TopAccel, TopDecel, TopButeeAccel, TopButeeDecel inputs. In particular, the TopTrans transient phase indicator is active:
  • when acceleration is requested and when the acceleration stop is already reached (TopAccel and TopButeeAccel activated)
  • when deceleration is requested and when the deceleration stop is already reached (TopDecel and TopButeeDecel activated).

En référence à la , le module de contrôle 3 comporte un premier commutateur CA configuré pour déterminer la consigne de couple électrique TRQcmd à partir de la consigne de couple transitoire TRQtrans et d’une consigne de contrôle TRQcont en fonction de l’indicateur de phase transitoire TopTrans.In reference to the , the control module 3 comprises a first AC switch configured to determine the electrical torque setpoint TRQcmd from the transient torque setpoint TRQtrans and a control setpoint TRQcont based on the transient phase indicator TopTrans.

Toujours en référence à la , tant que l’indicateur transitoire TopTrans est actif, le premier commutateur CA détermine que la consigne de couple électrique TRQcmd est égale à la consigne de couple transitoire TRQtrans. En effet, lorsque la turbomachine T est en régime transitoire, le moteur électrique ME fournit un couple répondant aux besoins en transitoire de la turbomachine T.Still referring to the , as long as the TopTrans transient indicator is active, the first AC switch determines that the electric torque setpoint TRQcmd is equal to the transient torque setpoint TRQtrans. Indeed, when the turbomachine T is in transient mode, the electric motor ME provides a torque meeting the transient needs of the turbomachine T.

Lorsque l’indicateur transitoire TopTrans est inactif, le premier commutateur CA détermine que la consigne de couple électrique TRQcmd est égale à la consigne de contrôle TRQcont qui vise à réduire le couple électrique. La consigne de contrôle TRQcont va être dorénavant présentée.When the TopTrans transient indicator is inactive, the first AC switch determines that the electrical torque setpoint TRQcmd is equal to the control setpoint TRQcont which aims to reduce the electrical torque. The control setpoint TRQcont will now be presented.

Le module de contrôle 3 comporte en outre un deuxième commutateur CB configuré pour déterminer la consigne de contrôle TRQcont à partir d’une consigne de couple électrique antérieure TRQcmd-1 et d’une consigne de contrôle intermédiaire TRQcinter en fonction de l’indicateur de phase transitoire TopTrans.The control module 3 further comprises a second switch CB configured to determine the control setpoint TRQcont from a previous electrical torque setpoint TRQcmd-1 and an intermediate control setpoint TRQcinter based on the transient phase indicator TopTrans.

Le module de contrôle 3 comporte en outre un troisième commutateur CC configuré pour déterminer la consigne de contrôle intermédiaire TRQcinter à partir d’une consigne de de remise à zéro et d’une consigne de contrôle réduite TRQcontr en fonction d’un indicateur de comparaison Icomp. La consigne de contrôle réduite TRQcontr est déterminée à partir d’une consigne de couple électrique antérieure TRQcmd-1 et d’une consigne de contrôle antérieure TRQcont-1.The control module 3 further comprises a third DC switch configured to determine the intermediate control setpoint TRQcinter from a reset setpoint and a reduced control setpoint TRQcontr based on a comparison indicator Icomp. The reduced control setpoint TRQcontr is determined from a previous electrical torque setpoint TRQcmd-1 and a previous control setpoint TRQcont-1.

Dans cet exemple, la consigne de couple électrique antérieure TRQcmd-1 et la consigne de contrôle antérieure TRQcont-1 sont respectivement déterminées par des intégrateurs int1, int2.In this example, the previous electric torque setpoint TRQcmd-1 and the previous control setpoint TRQcont-1 are respectively determined by integrators int1, int2.

Les différents paramètres vont être dorénavant présentés.The different parameters will now be presented.

Dans cet exemple, la consigne de contrôle réduite TRQcontr est déterminée dans une boucle de réduction 31 à partir de la consigne de contrôle antérieure TRQcont-1, d’une constante de temps tau et de la consigne de couple électrique antérieure TRQcmd-1.In this example, the reduced control setpoint TRQcontr is determined in a reduction loop 31 from the previous control setpoint TRQcont-1, a time constant tau and the previous electric torque setpoint TRQcmd-1.

Tant que la turbomachine T est en régime transitoire, le deuxième commutateur CB détermine que la consigne de contrôle TRQcont est égale à la consigne de couple électrique antérieure TRQcmd-1. Cette consigne de contrôle TRQcont est utilisée par la boucle de réduction 31 pour déterminer la consigne de contrôle réduite TRQcontr. Cela permet avantageusement de synchroniser la boucle de réduction 31 avec la consigne de couple électrique TRQcmd pour que la valeur de la consigne de contrôle antérieure TRQcont-1 soit dans la continuité des valeurs de la consigne de couple électrique TRQcmd. Lorsque la turbomachine T retourne en régime stabilisé, le deuxième commutateur CB détermine la consigne de contrôle TRQcont comme la consigne de couple intermédiaire, le couple électrique au point de départ de la remise à zéro est ainsi le couple électrique au point d’arrivée du régime transitoire. La transition se fait avantageusement sans à-coup. As long as the turbomachine T is in transient mode, the second switch CB determines that the control setpoint TRQcont is equal to the previous electric torque setpoint TRQcmd-1. This control setpoint TRQcont is used by the reduction loop 31 to determine the reduced control setpoint TRQcontr. This advantageously makes it possible to synchronize the reduction loop 31 with the electric torque setpoint TRQcmd so that the value of the previous control setpoint TRQcont-1 is in continuity with the values of the electric torque setpoint TRQcmd. When the turbomachine T returns to steady state, the second switch CB determines the control setpoint TRQcont as the intermediate torque setpoint, the electric torque at the starting point of the reset is thus the electric torque at the arrival point of the transient state. The transition is advantageously smooth.

Comme illustré à la , la consigne de contrôle antérieure TRQcont-1 et une valeur cible 0 (consigne de de remise à zéro) sont comparées par un additionneur add1 pour déterminer un écart primaire eps1. L’écart primaire eps1 est ensuite multiplié par la constante de temps tau dans un bloc multiplicateur pour obtenir un écart secondaire eps2. L’écart secondaire eps2 est ensuite additionné à la consigne de couple électrique antérieure TRQcmd-1 par l’intermédiaire d’un additionneur add2 pour déterminer la consigne de contrôle réduite TRQcontr.As illustrated in the , the previous control setpoint TRQcont-1 and a target value 0 (reset setpoint) are compared by an adder add1 to determine a primary deviation eps1. The primary deviation eps1 is then multiplied by the time constant tau in a multiplier block to obtain a secondary deviation eps2. The secondary deviation eps2 is then added to the previous electric torque setpoint TRQcmd-1 via an adder add2 to determine the reduced control setpoint TRQcontr.

Autrement dit, la boucle de réduction 31 permet de déterminer la consigne de contrôle TRQcont selon la loi mathématique décroissante du premier ordre suivante.In other words, the reduction loop 31 makes it possible to determine the control setpoint TRQcont according to the following decreasing mathematical law of the first order.

La valeur absolue de l’écart primaire eps1 est déterminée par un bloc de valeur absolue abs, et est comparée avec une constante d’extinction prédéterminée e par un bloc de comparaison comp pour déterminer un indicateur de comparaison Icomp. En pratique, l’indicateur de comparaison Icomp est actif si la valeur absolue de l’écart primaire eps1 est inférieure à la constante d’extinction prédéterminée e. La constante d’extinction prédéterminée e est configurée pour être proche de 0 (consigne de de remise à zéro) afin de forcer une remise à zéro du couple électrique lorsque les besoins électriques sont faibles. Cela permet d’éviter une utilisation intempestive de la machine électrique ME. Cela permet également d’éviter une convergence lente vers zéro avec une loi mathématique du premier ordre. The absolute value of the primary deviation eps1 is determined by an absolute value block abs, and is compared with a predetermined extinction constant e by a comparison block comp to determine a comparison indicator Icomp. In practice, the comparison indicator Icomp is active if the absolute value of the primary deviation eps1 is less than the predetermined extinction constant e. The predetermined extinction constant e is configured to be close to 0 (zero reset setpoint) in order to force a zero reset of the electrical torque when the electrical requirements are low. This prevents untimely use of the electrical machine ME. It also prevents slow convergence to zero with a first-order mathematical law.

Dans cet exemple, toujours en référence à la , lorsque l’indicateur de contrôle Icomp est inactif, le troisième commutateur CC détermine que la consigne de contrôle intermédiaire TRQcinter est égale à la consigne de contrôle réduite TRQcontr. Cette mise en œuvre permet, de manière avantageuse, de réduire la valeur en sortie du commutateur CB selon la loi mathématique du premier ordre décroissant tant que l’indicateur de contrôle Icomp est inactif. La turbomachine T peut ainsi passer d’un régime stabilisé à un autre tout en préservant les ressources électriques.In this example, still with reference to the , when the control indicator Icomp is inactive, the third switch CC determines that the intermediate control setpoint TRQcinter is equal to the reduced control setpoint TRQcontr. This implementation advantageously makes it possible to reduce the output value of the switch CB according to the mathematical law of the first decreasing order as long as the control indicator Icomp is inactive. The turbomachine T can thus switch from one stabilized regime to another while preserving electrical resources.

Grâce à l’invention, en référence à la , lors d’un passage d’une phase de régime transitoire Rtrans à une phase de régime stabilisé Rstab, la consigne de contrôle TRQcont est remise à zéro de manière progressive selon une loi mathématique du premier ordre RAZ2 ce qui permet :

  • De limiter les à-coups sur la machine électrique ME par comparaison à une remise à zéro brutale selon une loi mathématique définissant un échelon RAZ0 et
  • De préserver les ressources électriques par comparaison à une remise à zéro très progressive selon une loi mathématique définissant une rampe décroissante RAZ1.
Thanks to the invention, with reference to the , when switching from a transient regime phase Rtrans to a stabilized regime phase Rstab, the control setpoint TRQcont is progressively reset to zero according to a first-order mathematical law RAZ2 which allows:
  • To limit the jolts on the ME electric machine by comparison with a sudden reset according to a mathematical law defining a RAZ0 step and
  • To preserve electrical resources by comparison with a very gradual reset according to a mathematical law defining a decreasing ramp RAZ1.

Une remise à zéro brutale par échelon RAZ0 présente en outre l’inconvénient d’entraîner des problèmes de transitions entre la phase de régime transitoire Rtrans et la phase de régime stabilisé Rstab et des basculements intempestifs dans ces deux régimes. Une remise à zéro très progressive selon une rampe décroissante RAZ1 présente en outre l’inconvénient d’entrainer une erreur continue sur le couple électrique.A sudden reset by step RAZ0 also has the disadvantage of causing transition problems between the transient regime phase Rtrans and the stabilized regime phase Rstab and untimely switches between these two regimes. A very gradual reset according to a decreasing ramp RAZ1 also has the disadvantage of causing a continuous error on the electric torque.

De manière préférée, la constante de temps tau de la loi mathématique du premier ordre de la boucle de réduction 31 est paramétrable. En référence à la représentant plusieurs valeurs de constante de temps tau1, tau2, tau3, on peut ainsi régler la vitesse de la réponse.Preferably, the time constant tau of the first order mathematical law of the reduction loop 31 is configurable. With reference to the representing several values of time constant tau1, tau2, tau3, we can thus adjust the speed of the response.

Un exemple de mise en œuvre va être présenté en référence à la lors d’une augmentation de régime décidée par le pilote de l’aéronef. An example of implementation will be presented with reference to the during an increase in speed decided by the aircraft pilot.

Comme illustré sur la courbe C1, lors d’une demande d’augmentation de régime, la consigne de régime basse pression NLcons augmente fortement à un premier instant t1 qui démarre une phase de régime transitoire Rtrans. Le régime basse pression NL suit progressivement la consigne de régime basse pression NLcons afin d’éviter tout phénomène de pompage de la turbomachine T. A un deuxième instant t2, le régime basse pression NL est proche de la consigne de régime basse pression NLcons, ce qui met fin à la phase de régime transitoire Rtrans. La phase de régime transitoire Rtrans est précédée d’une première phase de régime stabilisé Rstab1 et suivie d’une deuxième phase de régime stabilisé Rstab2As illustrated in curve C1, when a request for an increase in speed is made, the low pressure speed setpoint NLcons increases sharply at a first instant t1 which starts a transient speed phase Rtrans. The low pressure speed NL gradually follows the low pressure speed setpoint NLcons in order to avoid any surge phenomenon of the turbomachine T. At a second instant t2, the low pressure speed NL is close to the low pressure speed setpoint NLcons, which ends the transient speed phase Rtrans. The transient speed phase Rtrans is preceded by a first phase of stabilized speed Rstab1 and followed by a second phase of stabilized speed Rstab2.

Comme illustré sur la courbe C2, la consigne de couple haute pression NHcons est suivie de manière réactive par la coopération synergique entre la consigne de carburant WFcmd (Courbe C3) et la consigne de couple électrique TRQcmd (Courbe C4).As illustrated in curve C2, the high pressure torque setpoint NHcons is reactively followed by the synergistic cooperation between the fuel setpoint WFcmd (Curve C3) and the electric torque setpoint TRQcmd (Curve C4).

Comme illustré sur la courbe C3, la consigne de carburant WFcmd augmente progressivement durant une phase de régime transitoire Rtrans.As illustrated in curve C3, the fuel setpoint WFcmd increases progressively during a transient regime phase Rtrans.

Durant la phase de régime transitoire Rtrans, comme illustré sur la courbe C4, l’indicateur transitoire TopTrans est actif et la consigne de couple électrique TRQcmd correspond à la consigne de couple transitoire TRQtrans. La boucle de réduction 31 est déconnectée de la sortie de la deuxième boucle de couple B2. Dans cet exemple, la deuxième boucle de régulation B2 augmente progressivement le couple de la machine électrique sur l’arbre haute pression 22. Il en résulte une augmentation graduelle de la vitesse de rotation de l’arbre haute pression 22.During the transient regime phase Rtrans, as illustrated in curve C4, the transient indicator TopTrans is active and the electrical torque setpoint TRQcmd corresponds to the transient torque setpoint TRQtrans. The reduction loop 31 is disconnected from the output of the second torque loop B2. In this example, the second control loop B2 gradually increases the torque of the electric machine on the high-pressure shaft 22. This results in a gradual increase in the rotation speed of the high-pressure shaft 22.

Après la fin de la phase de régime transitoire Rtrans, l’indicateur transitoire TopTrans est inactif (l’indicateur de transitoire d’accélération TopAccel est baissé) et la consigne de couple TRQcmd est remise à zéro progressivement selon la loi mathématique du premier ordre. Cela permet à la première boucle de carburant B1, qui a récupéré la main sur la consigne de carburant WFcmd, de réguler la vitesse de rotation de l’arbre basse pression 21 sans perturbation. Lorsque l’écart primaire eps1 est faible au regard de la constante d’extinction prédéterminée e, la consigne de couple électrique TRQcmd est remise directement à zéro pour préserver les ressources électriquesAfter the end of the transient phase Rtrans, the transient indicator TopTrans is inactive (the acceleration transient indicator TopAccel is lowered) and the torque setpoint TRQcmd is gradually reset to zero according to the first-order mathematical law. This allows the first fuel loop B1, which has regained control over the fuel setpoint WFcmd, to regulate the rotation speed of the low-pressure shaft 21 without disturbance. When the primary deviation eps1 is small compared to the predetermined extinction constant e, the electrical torque setpoint TRQcmd is reset directly to zero to preserve electrical resources.

Selon un aspect de l’invention, en référence à la , la deuxième boucle de couple B2 reçoit également en entrée une consigne de prélèvement aéronef TRQaero pour répondre aux besoins électrique de l’aéronef, en particulier, pour permettre une génération électrique.According to one aspect of the invention, with reference to the , the second torque loop B2 also receives as input an aircraft sampling instruction TRQaero to meet the electrical needs of the aircraft, in particular, to enable electrical generation.

A cet effet, comme illustré à la , la deuxième boucle de couple B2 comporte en outre un additionneur 4 qui vient ajouter une consigne de prélèvement aéronef TRQaero à la consigne de couple électrique TRQcmd déterminée par le module de contrôle 3. Ainsi, de manière avantageuse, seule la partie de la consigne de couple électrique TRQcmd liée au régime transitoire est remise à zéro. La machine électrique ME peut continuer à fournir de l’énergie électrique à l’aéronef.For this purpose, as illustrated in the , the second torque loop B2 further comprises an adder 4 which adds an aircraft sampling instruction TRQaero to the electric torque instruction TRQcmd determined by the control module 3. Thus, advantageously, only the part of the electric torque instruction TRQcmd linked to the transient regime is reset to zero. The electric machine ME can continue to supply electrical energy to the aircraft.

Claims (9)

Procédé de commande d’une turbomachine (T) comprenant une soufflante (10) positionnée en amont d'un générateur de gaz et délimitant un flux primaire et un flux secondaire, ledit générateur de gaz étant traversé par le flux primaire et comprenant un compresseur basse pression (11), un compresseur haute pression (12), une chambre de combustion (13), une turbine haute pression (14) et une turbine basse pression (15), ladite turbine basse pression (15) étant reliée audit compresseur basse pression (11) par un arbre de rotation basse pression (21) et ladite turbine haute pression (14) étant reliée audit compresseur haute pression (12) par un arbre de rotation haute pression (22), la turbomachine (T) étant configurée pour être dans une phase transitoire ou dans une phase stabilisée, la turbomachine comprenant une machine électrique (ME) configurée pour appliquer un couple sur l’arbre de rotation basse pression (21) ou sur l’arbre de rotation haute pression (22) au cours de la phase transitoire, procédé dans lequel une consigne de débit de carburant (WFcmd) dans la chambre de combustion (13) et une consigne de couple électrique (TRQcmd) fournie à la machine électrique (ME) sont déterminées, le procédé de commande comportant une première boucle de régulation de carburant (B1) déterminant la consigne de débit de carburant (WFcmd) et une deuxième boucle de régulation de couple (B2) déterminant la consigne de couple électrique (TRQcmd),
  • la deuxième boucle de régulation de couple (B2) étant configurée pour déterminer la consigne de couple électrique (TRQcmd) à partir d’une consigne de couple transitoire déterminée (TRQtrans), d’une consigne de couple électrique antérieure (TRQcmd-1) et d’un indicateur de phase transitoire (TopTrans),
  • la deuxième boucle de régulation de couple (B2) étant configurée, lorsque l’indicateur de phase transitoire (TopTrans) est inactif, pour déterminer que la consigne de couple électrique (TRQcmd) est égale à une consigne de contrôle (TRQcont), la consigne de contrôle (TRQcont) étant déterminée à partir d’une consigne de contrôle antérieure (TRQcont-1), d’une constante de temps (tau) et de la consigne de couple électrique antérieure (TRQcmd-1) selon une loi mathématique décroissante du premier ordre.
Method for controlling a turbomachine (T) comprising a fan (10) positioned upstream of a gas generator and delimiting a primary flow and a secondary flow, said gas generator being crossed by the primary flow and comprising a low-pressure compressor (11), a high-pressure compressor (12), a combustion chamber (13), a high-pressure turbine (14) and a low-pressure turbine (15), said low-pressure turbine (15) being connected to said low-pressure compressor (11) by a low-pressure rotation shaft (21) and said high-pressure turbine (14) being connected to said high-pressure compressor (12) by a high-pressure rotation shaft (22), the turbomachine (T) being configured to be in a transient phase or in a stabilized phase, the turbomachine comprising an electric machine (ME) configured to apply a torque to the low-pressure rotation shaft (21) or to the high-pressure rotation shaft (22) during the transient phase, method in which a fuel flow setpoint (WFcmd) in the combustion chamber (13) and an electric torque setpoint (TRQcmd) supplied to the electric machine (ME) are determined, the control method comprising a first fuel control loop (B1) determining the fuel flow setpoint (WFcmd) and a second torque control loop (B2) determining the electric torque setpoint (TRQcmd),
  • the second torque control loop (B2) being configured to determine the electric torque setpoint (TRQcmd) from a determined transient torque setpoint (TRQtrans), a previous electric torque setpoint (TRQcmd-1) and a transient phase indicator (TopTrans),
  • the second torque control loop (B2) being configured, when the transient phase indicator (TopTrans) is inactive, to determine that the electrical torque setpoint (TRQcmd) is equal to a control setpoint (TRQcont), the control setpoint (TRQcont) being determined from a previous control setpoint (TRQcont-1), a time constant (tau) and the previous electrical torque setpoint (TRQcmd-1) according to a decreasing mathematical law of the first order.
Procédé de commande d’une turbomachine (T) selon la revendication 1, dans lequel la loi mathématique est égale à
  • Dans laquelle
  • TRQcont est la consigne de contrôle
  • TRQcont-1 est la consigne de contrôle antérieure
  • tau est la constante de temps
  • TRQcmd-1 est la consigne de couple électrique antérieure
  • t est le temps.
Method for controlling a turbomachine (T) according to claim 1, in which the mathematical law is equal to
  • In which
  • TRQcont is the control instruction
  • TRQcont-1 is the previous control instruction
  • tau is the time constant
  • TRQcmd-1 is the previous electric torque setpoint
  • t is the time.
Procédé de commande d’une turbomachine (T) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel la boucle de régulation de couple (B2) est configurée pour remettre à zéro la consigne de contrôle (TRQcont) lorsque la valeur absolue de la consigne de couple de contrôle antérieure (TRQcont-1) est inférieure à une constante d’extinction prédéterminée (e).Method for controlling a turbomachine (T) according to one of claims 1 to 2, in which the torque control loop (B2) is configured to reset the control setpoint (TRQcont) when the absolute value of the previous control torque setpoint (TRQcont-1) is less than a predetermined extinction constant (e). Procédé de commande d’une turbomachine (T) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la constante de temps (tau) régissant la remise à zéro de la consigne de contrôle (TRQcont) est paramétrable.Method for controlling a turbomachine (T) according to one of claims 1 to 3, in which the time constant (tau) governing the resetting of the control setpoint (TRQcont) is configurable. Procédé de commande d’une turbomachine (T) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la boucle de régulation de couple (B2) est configurée pour recevoir des indicateurs transitoires (TopAccel, TopButeeAccel, TopDecel, TopButeeDecel) émis par la boucle de régulation de carburant (B1) et pour déterminer l’indicateur de phase transitoire (TopTrans) à partir des indicateurs transitoires (TopAccel, TopButeeAccel, TopDecel, TopButeeDecel).Method for controlling a turbomachine (T) according to one of claims 1 to 4, in which the torque control loop (B2) is configured to receive transient indicators (TopAccel, TopButeeAccel, TopDecel, TopButeeDecel) emitted by the fuel control loop (B1) and to determine the transient phase indicator (TopTrans) from the transient indicators (TopAccel, TopButeeAccel, TopDecel, TopButeeDecel). Procédé de commande d’une turbomachine (T) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la boucle de régulation de couple (B2) est configurée pour ajouter une consigne de prélèvement de puissance aéronef (TRQaéro) à la consigne de couple électrique (TRQcmd).Method for controlling a turbomachine (T) according to one of claims 1 to 5, in which the torque control loop (B2) is configured to add an aircraft power extraction setpoint (TRQaero) to the electric torque setpoint (TRQcmd). Programme d’ordinateur comprenant des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé de commande selon l’une des revendications 1 à 6 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. Computer program comprising instructions for executing the steps of a control method according to one of claims 1 to 6 when said program is executed by a computer. Unité électronique (20) de commande pour turbomachine (T) comprenant une mémoire incluant des instructions d’un programme d’ordinateur selon la revendication 7. Electronic control unit (20) for a turbomachine (T) comprising a memory including instructions of a computer program according to claim 7. Turbomachine (T) comprenant une unité électronique (20) selon la revendication 8.Turbomachine (T) comprising an electronic unit (20) according to claim 8.
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