FR2483356A1 - INTEGRATED ASSEMBLY COMPRISING AN AUXILIARY ENGINE GROUP AND A PACKAGING APPARATUS FOR AN AIRCRAFT - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN ENSEMBLE INTEGRE FORMANT GROUPE MOTEUR AUXILIAIRE ET APPAREIL DE CONDITIONNEMENT. L'ENSEMBLE SELON L'INVENTION COMPORTE UN MOTEUR PRINCIPAL 4 QUI ENTRAINE, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN EMBRAYAGE 18 A ROUE LIBRE, UN COMPRESSEUR A GEOMETRIE VARIABLE DIRECTEMENT COUPLE PAR UN ARBRE 26 A UNE TURBINE 24. LORSQUE LE MOTEUR 4 NE FONCTIONNE PAS, LE COMPRESSEUR 22 RECOIT DE L'AIR PROVENANT DU MOTEUR DE PROPULSION DU VEHICULE SUR LEQUEL EST MONTE L'ENSEMBLE. APPLICATION AUX AERONEFS DE TRANSPORT DE PASSAGERS.THE INVENTION CONCERNS AN INTEGRATED ASSEMBLY FORMING AN AUXILIARY MOTOR UNIT AND CONDITIONING APPARATUS. THE ASSEMBLY ACCORDING TO THE INVENTION INCLUDES A MAIN MOTOR 4 WHICH DRIVES, THROUGH A FREEWHEEL CLUTCH 18, A VARIABLE GEOMETRY COMPRESSOR DIRECTLY COUPLED BY A SHAFT 26 TO A TURBINE 24. WHEN THE MOTOR 4 IS OPERATING NOT, COMPRESSOR 22 RECEIVES AIR FROM THE VEHICLE'S PROPULSION MOTOR ON WHICH THE ASSEMBLY IS MOUNTED. APPLICATION TO PASSENGER TRANSPORT AIRCRAFT.
Description
La présente invention concerne les turbomachines etThe present invention relates to turbomachines and
plus précisément un ensemble intégré comprenant un groupe mo- more specifically, an integrated set comprising a modern group
teur auxiliaire et un appareil de conditionnement pour aéronef auxiliary engine and an aircraft conditioning device
et analogue.and the like.
Dans les aéronefs importants, on utilise habituelle- In major aircraft, it is usual to use
ment un groupe moteur auxiliaire comprenant un moteur entraî- an auxiliary power unit comprising a driving motor
nant un compresseur destiné à fournir l'air comprimé néces- a compressor intended to supply the compressed air required
saire à un appareil de conditionnement d'air de l'aéronef, ou à l'entraînement des démarreurs à air des moteurs de l'aéronef. Dans les aéronefs pour passagers, on utilise aussi air-conditioning apparatus of the aircraft, or to drive the air-motor starters of the aircraft. In passenger aircraft, we also use
habituellement un appareil de conditionnement destiné au re- usually a packaging machine intended for re-
froidissement, au chauffage et à la pressurisation du compar- cooling, heating and pressurisation of the
timent des passagers. Cet ensemble comporte une turbine qui peut être entraînée soit par l'air prélevé sur les moteurs de propulsion de l'aéronef, soit par l'air comprimé transmis par un moteur séparé (groupe moteur auxiliaire). Le moteur entraîne mécaniquement un compresseur destiné à transmettre un courant supplémentaire d'air à la turbine de l'appareil de conditionnement afin que le débit de ventilation de l'aéronef tense passengers. This assembly comprises a turbine which can be driven either by the air taken from the propulsion engines of the aircraft, or by the compressed air transmitted by a separate engine (auxiliary power unit). The motor mechanically drives a compressor for transmitting an additional stream of air to the turbine of the conditioning apparatus so that the ventilation rate of the aircraft
soit convenable et que le cycle de conditionnement ne consom- suitable and that the conditioning cycle does not consume
me qu'une faible quantité d'énergie. Le courant d'air pre- me a small amount of energy. The air flow pre-
levé dans la turbine de l'appareil de conditionnement est aussi transmis à la cabine de l'aéronef, avec la température et la pression voulues. Jusqu'à présent, on a habituellement entraîné le compresseur de l'appareil de conditionnement à lifted in the turbine of the conditioning apparatus is also transmitted to the cabin of the aircraft, with the desired temperature and pressure. So far, the compressor of the conditioning apparatus has usually been driven to
son débit maximal afin que le chauffage ou le refroidisse- its maximum flow so that heating or cooling
ment soit limité, la température du courant fourni étant réglée par mélange réalisé dans une soupape de réglage de température. Dans les aéronefs importants de transport de The temperature of the supplied current is set by mixing in a temperature control valve. In major aircraft transporting
passagers, on utilise couramment plusieurs appareils indé- passengers, several independent aircraft are
pendants de conditionnement.pendants of conditioning.
Il apparait que, lorsque plusieurs ensembles indé- It appears that when several inde-
pendants de conditionnement sont utilisés,,un nombre corres- pendants are used, a corresponding number
pondant de capteurs et de circuits de commande est nécessaire. laying of sensors and control circuits is necessary.
Il faut aussi noter que, dans les systèmes connus, chaque compresseur d'un appareil de conditionnement doit toujours fonctionner à son débit maximal, quelle que soit la demande réelle, afin que toute une plage de demandes potentielles puisse être satisfaite. Il ne s'agit évidemment pas d'une It should also be noted that in known systems, each compressor of a packaging apparatus must always operate at its maximum rate, regardless of the actual demand, so that a range of potential demands can be satisfied. It is obviously not a question of
caractéristique permettant une utilisation efficace de l'éner- feature that allows efficient use of energy
gie. L'invention remédie aux inconvénients de la technique actuelle et concerne un ensemble remplissant les fonctions d'un groupe moteur auxiliaire et de plusieurs appareils de conditionnement de type connu, avec un rendement en énergie nettement accru, une complexité réduite, des coûts réduits ogy. The invention overcomes the disadvantages of the current technique and relates to a set fulfilling the functions of an auxiliary power unit and several known type of packaging apparatus, with a significantly increased energy efficiency, reduced complexity, reduced costs
de fonctionnement et d'entretien et un appareillage plus lé- operation and maintenance and a more
ger et moins coûteux.ger and less expensive.
L'invention met en oeuvre un groupe moteur auxiliai- The invention uses an auxiliary power unit
re ayant un moteur et un compresseur à géométrie variable qui peut être entraîné par l'air prélevé dans les moteurs de re having a motor and a variable geometry compressor that can be driven by the air taken from the engines of
propulsion de l'aéronef ou qui peut être relié par un em- propulsion of the aircraft or which may be connected by an
brayage à roue libre afin qu'il soit entraîné par le moteur freewheeling clutch so that it is driven by the engine
principal, ce compresseur étant couplé à l'arbre d'une tur- principal, this compressor being coupled to the shaft of a tur-
bine à émission contrôlée et coopérant avec le compresseur à la formation d'un appareil de conditionnement. Lorsque le controlled emission and cooperating with the compressor to the formation of a packaging apparatus. When the
compresseur est entraîné directement par le moteur princi- compressor is driven directly by the main engine
pal, il peut être utilisé à la fois par le groupe moteur pal, it can be used by both the motor group
auxiliaire et l'appareil de conditionnement. Dans une va- auxiliary and the packaging machine. In a
riante, lorsque l'aéronef est en vol, le compresseur peut être désaccouplé du groupe moteur par un embrayage à roue libre et il peut être entraîné par l'air prélevé, sur les moteurs de propulsion de l'aéronef afin qu'il alimente laughing, when the aircraft is in flight, the compressor can be uncoupled from the engine unit by a freewheel clutch and it can be driven by the air taken, on the propulsion engines of the aircraft so that it feeds
l'appareil de conditionnement.the packaging machine.
On note ainsi que le compresseur unique mis en oeuvre selon l'invention remplace deux compresseurs de l'appareillage connu. Cette disposition permet une réduction It is thus noted that the single compressor used according to the invention replaces two compressors of the known apparatus. This provision allows a reduction
importante du poids et de la dimension qui accroît la char- significant weight and dimension that increases the
ge payante ou réduit le matériel nécessaire pour une charge pays for or reduces the equipment needed for a charge
payante donnée. En outre, le compresseur à géométrie varia- paid fee. In addition, the compressor with variable geometry
ble a des ailettes de sortie qui peuvent être réglées afin qu'elles assurent le maintien à une pression pratiquement constante du courant transmis par la turbine si bien que le It has outlet fins which can be adjusted to maintain a virtually constant pressure of the turbine-transmitted current so that
rendement peut être maintenu pratiquement à sa valeur maxi- yield can be maintained at practically
maie. L'émission de la turbine peut être contrôlée par sé- maie. The emission of the turbine can be controlled by
paration du courant transmis, avec adaptation du courant au compresseur, afin que l'étranglement de pression soit réduit au minimum lors de la transmission de la turbine, si bien que la pression est presque constante sur une large plage de débits de fonctionnement. Une partie de l'air transmis par le compresseur peut aussi être utilisée par d'autres appareils que la turbine, par exemple pour l'entraînement d'un moteur de démarreur des moteurs de l'aéronef. En outre, cette disposition permet à l'appareil de conditionnement de fonctionner à vitesse constante, avec un rendement nominal proche de la valeur maximale, dans la plus grande partie de sa plage de fonctionnement. En conséquence, l'ensemble selon paration of the transmitted current, with adaptation of the current to the compressor, so that the throttling is minimized during transmission of the turbine, so that the pressure is almost constant over a wide range of operating flow rates. Part of the air transmitted by the compressor can also be used by other devices than the turbine, for example for driving a starter motor of the aircraft engines. In addition, this arrangement allows the conditioning apparatus to operate at a constant speed, with a nominal efficiency close to the maximum value, over most of its operating range. As a result, the whole
l'invention a un très bon rendement énergétique. the invention has a very good energy efficiency.
L'invention concerne donc un procédé et un appa- The invention thus relates to a method and an apparatus
reil remplissant les fonctions d'un groupe moteur auxiliaire et d'un appareil de conditionnement, l'ensemble étant peu it functions as an auxiliary power unit and a packaging machine, the whole being little
encombrant, léger et d'installation et d'entretien peu coû- bulky, lightweight and inexpensive installation and maintenance
teux, tout en ayant un rendement énergétique élevé. while having a high energy efficiency.
L'invention concerne aussi la combinaison d'un The invention also relates to the combination of a
groupe moteur auxiliaire et d'un appareil de conditionne- auxiliary power unit and a packaging machine
ment, fonctionnant à vitesse constante, avec un rendement nominal proche de la valeur maximale, dans une large plage operating at constant speed, with a nominal efficiency close to the maximum value, in a wide range
de conditions de fonctionnement.operating conditions.
L'invention concerne aussi un ensemble intégré The invention also relates to an integrated assembly
formant groupe moteur auxiliaire et appareil de condition- forming an auxiliary power unit and a conditioner
nement pour aéronef, cet ensemble intégré comprenant un mo- for aircraft, this integrated unit comprising a
teur principal, un compresseur à géométrie variable qui peut être commandé sélectivement par l'air prélevé sur le moteur de propulsion de l'aéronef ou qui peut être connecté par un embrayage à roue libre au moteur principal, une turbine à émission contrôlée dont l'arbre est couplé au compresseur et qui coopère avec celui-ci à la formation d'un appareil de conditionnement, et un dispositif destiné à dévier une main engine, a variable geometry compressor that can be selectively controlled by the air taken from the propulsion engine of the aircraft or that can be connected by a freewheel clutch to the main engine, a controlled emission turbine whose shaft is coupled to the compressor and cooperates therewith to form a packaging apparatus, and a device for deflecting a
partie du courant fourni par le compresseur afin qu'il per- part of the current supplied by the compressor so that
mette l'utilisation sous forme d'un groupe moteur auxiliaire. put the use as an auxiliary power unit.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite tion will appear better from the following description, made
en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est with reference to the accompanying drawing in which the single figure is
un schéma d'un ensemble intégré formant groupe moteur auxiliai- a diagram of an integrated set forming an auxiliary power unit
re et appareil de conditionnement selon l'invention. re and packaging apparatus according to the invention.
Dans le mode de réalisation de l'invention repré- senté sur la figure, l'ensemble intégré formant groupe moteur In the embodiment of the invention shown in the figure, the integrated assembly forming a motor unit
auxiliaire et appareil de conditionnement, portant la réfé- container and packaging machine, bearing the
rence générale 2,a un moteur principal 4 qui entraîne une transmission 6 et, par l'intermédiaire de celle-ci, divers appareils tels qu'une génératrice 8, un ventilateur 10 de refroidissement, une pompe 12 de carburant, une pompe 14 2, has a main motor 4 which drives a transmission 6 and, through it, various devices such as a generator 8, a cooling fan 10, a fuel pump 12, a pump 14
de lubrification et des embrayages 16 et 18 à roue libre. lubrication systems and clutches 16 and 18 with freewheeling.
L'embrayage 16 est destiné à coopérer avec un démarreur 20 The clutch 16 is intended to cooperate with a starter 20
destiné à faire tourner le moteur principal 4, par l'inter- intended to rotate the main motor 4, through
médiaire de la transmission 6, lors de la mise en route du transmission system 6, when setting up the
moteur principal. L'embrayage 18 peut-entraîner un compres- main engine. The clutch 18 can cause a compres-
seur 22 à géométrie variable et une turbine 24 à émission 22 variable geometry and a turbine 24 emission
contrôlée qui sont montés sur un arbre commun 27 d'entraî- which are mounted on a common drive shaft 27
nement.ment.
Le compresseur 22 à géoémtrie variable a des ailet- The variable geometry compressor 22 has airfoils
tes de sortie de diffuseur qui sont réglables afin qu'elles modifient la section de passage du courant et la pression de l'air pénétrant dans le compresseur 22 ou en sortant. De Diffuser output tubes which are adjustable to alter the current flow section and the pressure of the air entering or exiting the compressor 22. Of
cette manière, le compresseur 22 peut fonctionner à pres- this way the compressor 22 can operate at almost
sion presque constante et au voisinage de son rendement ma- almost constant and in the vicinity of its
ximal, avec une plus faible consommation d'énergie, le mo- ximal, with lower energy consumption, the
teur principal 4 assurant l'entraînement minimal nécessaire ou, lorsque ce moteur 4 ne fonctionne pas, le compresseur 22 étant entraîné par une quantité minimale d'air prélevé main unit 4 providing the minimum drive required or, when the engine 4 is not operating, the compressor 22 being driven by a minimum amount of air taken
sur les moteurs de l'aéronef (perte d'énergie du moteur) com- on the engines of the aircraft (loss of energy from the engine)
me indiqué par la référence 28 sur la figure. Le cas échéant, un jeu d'ailettes de guidage d'entrée du compresseur qui indicated by the reference 28 in the figure. If necessary, a set of compressor inlet guide vanes which
sont variables peut aussi être ajouté afin que la con- are variable can also be added so that the con-
sommation d'énergie par l'appareil de conditionnement puisse encore être réduite. De tels compresseurs font partie du moteur d'aéronef "Lycoming" T55-Lll, fabriqué par AVCO Lycoming Corporation, Stratford, Connecticut, Etats-Unis d'Amérique et constituent des éléments de moteur mis au point summation of energy by the conditioning apparatus can be further reduced. Such compressors are part of the T55-Lll "Lycoming" aircraft engine, manufactured by AVCO Lycoming Corporation, Stratford, Connecticut, United States of America and are engine components developed
par the National Aeronautics and Space Administration, Etats- by the National Aeronautics and Space Administration, USA
Unis d'Amérique. La turbine 24 met en oeuvre des conduits réglables d'entrée pour cloisonner le courant d'air d'entrée dans la turbine, tout en maintenant une pression sensiblement constante afin que la turbine 24 fonctionne à son rendement maximal. De cette manière, l'émission de laturbine 24 peut United States of America. The turbine 24 uses adjustable inlet ducts to partition the inlet air stream into the turbine, while maintaining a substantially constant pressure so that the turbine 24 operates at its maximum efficiency. In this way, the emission of laturbine 24 can
être réglée afin qu'elle corresponde au débit du compres- be adjusted to match the flow of the compres-
seur 22, avec réduction au minimum de la chute de pression lors de la transmission à la turbine, la pression pouvant être maintenue presque constante sur une large plage de 22, with minimization of the pressure drop during transmission to the turbine, the pressure being able to be maintained almost constant over a wide range of
débits de fonctionnement. L'ensemble intégré selon l'inven- operating flows. The integrated assembly according to the invention
tion combine les caractéristiques d'économie d'énergie d'un appareil de conditionnement à recyclage qui a un rendement énergétique élevé, et un groupe auxiliaire à compresseur de charge sous forme d'un seul ensemble intégré qui peut être réglé afin qu'il consomme moins d'énergie qu'un appareil séparé de conditionnement et un groupe moteur auxiliaire séparé, pendant la mission de l'aéronef. Evidemment, la combinaison de l'appareil de conditionnement et du groupe auxiliaire permet la suppression d'un compresseur, avec des économies correspondantes de poids, d'encombrement, et de coat de montage et de fonctionnement. De plus, le couplage The combination of the energy-saving features of a high energy efficiency recirculation packager and a charge-packaged auxiliary unit in the form of a single integrated set that can be adjusted to consume less energy than a separate conditioning unit and a separate auxiliary power unit during the mission of the aircraft. Obviously, the combination of the conditioning apparatus and the auxiliary unit allows the removal of a compressor, with corresponding savings in weight, bulk, and cost of assembly and operation. In addition, the coupling
des arbres du compresseur et de la turbine donne un rende- compressor and turbine shafts
ment de 98 % environ, alors que le couplage aérodynamique about 98%, while aerodynamic coupling
classique ne donne habituellement qu'un rendement de 80 %. classic usually only yields 80%.
Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- It is understood that the invention has not been
crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses as a preferred example and that any technical equivalence may be
éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. constituent elements without departing from its scope.
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