FR2630500A1 - Commande active de jeu pour moteur a turbine a gaz - Google Patents

Abstract

La commande permet de contrôler le jeu 33 entre une turbine et son enveloppe 39 dans un moteur à turbine à gaz. On calcule le jeu instantané entre l'enveloppe de la turbine et son rotor, sur la base de la température. Deux températures sont impliquées : une température à l'état constant est calculée pour le rotor et l'enveloppe; celle-ci est une température future, prédite, qui sera atteinte lorsque le moteur fonctionne à l'état constant. Chaque température est calculée sur la base des conditions de fonctionnement présentes telles que températures, pressions et vitesses de rotation. Des changements se produisant dans la température à l'état constant indiquent les secondes températures, qui sont les températures instantanées de l'enveloppe et du rotor. Ces changements sont provoqués par des variations des conditions présentes de fonctionnement, lors de l'accélération et de la décélération. Les températures instantanées indiquent le diamètre de l'enveloppe et du rotor et donc le jeu les séparant. Dans une autre réalisation, le jeu instantané calculé sert à contrôler l'air soutiré dans la soufflante et canalisé jusqu'à l'enveloppe de manière à obtenir le jeu désiré. Application aux moteurs d'avion à turbine à gaz.

Description

La présente invention concerne un dispositif pour le contrôle du jeu entre

les aubes d'une turbine et son anneau de renforcement dans un moteur d'avion à turbine à gaz. En figure 1, on a représenté un moteur d'avion à turbo-réacteur à double flux. Un courant d'air d'admission 3 est comprimé à l'origine par un surpresseur 6, puis est canalisé jusqu'à un compresseur 9 de haute pression dans lequel l'air est de nouveau comprimé et à partir duquel

l'air comprimé est fourni à une chambre de combustion 12.

Dans la chambre de combustion, le carburant (non représenté) est injecté dans l'air comprimé; l'allumage se produit, et un courant 14 de gaz chaud ayant une énergie élevée, qui se trouve ainsi produit, est canalisé jusqu'à une turbine 15 à

haute pression.

L'impact du courant gazeux 14 provoque la rotation de la turbine 15 à haute pression, laquelle entraîne, à son tour, en rotation le compresseur de haute pression 9 auquel

elle est reliée. Le courant gazeux 14 frappe alors une tur-

bine 18 à basse pression, en provoquant la rotation, d'o la

rotation du surpresseur 6 et d'une soufflante canalisée 21.

- 2 - La soufflante 21 produit un courant d'air de combustion 24 qui fournit la majeure partie de la poussée produite par le moteur, alors que le courant 27 des gaz résiduels s'échappant de la turbine 18 à haute pression fournit une poussée supplémentaire. Le compresseur à haute pression 9, avec la turbine à haute pression 15, forment ce qu'on appelle le "générateur de gaz". L'autre générateur comprend la soufflante 21, le

surpresseur 6 et la turbine à basse pression 18.

En figures 2 et 3A on a représenté plus en détail la zone 30 de la turbine à haute pression 15. Dans ces figures, on représente un jeu 33 entre les aubes 36 de la turbine à haute pression de la figure 1 et une enveloppe (ou anneau de renforcement, ou stator 39) qui entoure les aubes de la turbine. On souhaite maintenir ce jeu 33 à une valeur aussi petite que possible, pour que les fuites de gaz,

représentées par la flèche 42, soient réduites au minimum.

Les fuites de gaz ne confèrent virtuellement aucun moment aux aubes 36 de la turbine, et par conséquent représentent

une perte d'énergie.

On peut penser que le problème des fuites peut

être éliminé par le simple expédient qui consiste à fabri-

quer le moteur avec un jeu 33 suffisamment petit pour limi-

ter les fuites à une valeur acceptable. Cependant, tel n'est pas le cas car plusieurs facteurs sont à l'origine d'un changement du jeu 33 pendant le fonctionnement du moteur. On

expliquera maintenant cinq de ces facteurs.

Tout d'abord, pendant l'accélération de la turbine à haute pression de la figure 1 entre la vitesse de ralenti au sol d'environ 6 200 tours/minute et la vitesse de décollage d'environ 11 000 tours/minute, le disque 45A de la turbine et les aubes 36 des figures 1 et 2 augmentent en diamètre (cote 48 de la figure 1) sous l'effet de la force centrifuge. Cette augmentation s'appelle généralement "croissance élastique" et est représentée par la zone 61 en - 3 - figure 3. La force centrifuge est assez élevée, comme un

exemple le montrera.

L'accélération centrifuge est égale à ú2r, o 0 est la.vitesse angulaire, en radians par seconde, et r le rayon. Une rotation de 11 000 tours/minute correspond à révolutions par seconde. Si le diamètre 48 est de 0,6 m, le rayon r est égal à 0,3 m et par conséquent l'accélération centrifuge est égale à 3,66 x 106 m/seconde2. Si l'on divise cette valeur par l'accélération due à la pesanteur, à savoir 9,6 m/seconde2, on obtient une force centrifuge d'environ

37 600 i.

Cette valeur élevée de i se produit dès l'accélération et provoque l'augmentation du diamètre du rotor de la turbine. L'augmentation réelle du diamètre entre la vitesse au sol et la vitesse de décollage peut être de 0,7 millimètre. Par conséquent, si le diamètre de l'anneau

de renforcement 39 de la figure 2 reste constant, la croi-

sance élastique du rotor tend à diminuer le jeu 33, et les

aubes 36 risquent donc de venir en contact avec l'anneau 39.

Le second facteur est l'augmentation du diamètre de l'anneau 39 se produisant à cause de l'accroissement de la pression du courant gazeux 14. Cette augmentation de la pression se produit à peu près au même moment que l'accélération du rotor 45. Un accroissement typique va de 0,29 MPa au point 40 de la figure 1 pendant la marche au sol à 2,7 MPa pour la vitesse de décollage. Cet accroissement de

la pression peut provoquer une augmentation de 0,1 milli-

mètre du diamètre de l'anneau (figure 2). L'augmentation du diamètre de l'anneau est représentée approximativement par

la zone 43 en figure 8.

Le troisième facteur est la dilatation thermique des aubes 36: l'augmentation de la température du courant gazeux 14 provoque une augmentation de la longueur 51 des aubes 36. Une augmentationn typique de la température du courant gazeux 14 entre les vitesses au sol et au décollage

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- 4 - peut être comprise entre 700 et 1 370 0C. Cette augmentation de la température provoque un accroissement de la longueur 51, figure 2, des aubes 36 de la turbine, celle-ci pouvant atteindre 0,6 millimètre. Cette croissance de l'aube par dilatation est représentée approximativement par la réduc- tion du jeu dans la zone 38 en figure 3. Cette augmentation de la longueur a tendance encore à réduire le jeu 33 en

figure 2.

Le quatrième facteur est la dilatation thermique de l'anneau due à la plus grande température du courant gazeux 14, d'o l'augmentation de son diamètre. Cependant, l'augmentation du diamètre de l'anneau est beaucoup plus lente que les trois changements de cote provoqués par les trois facteurs venant d'être discutés, et est représentée par l'agrandissement progressif du diamètre de l'anneau

indiqué par la zone 44 en figure 3.

Le cinquième facteur implique la dilatation ther-

mique du disque 45A du rotor 45 de la turbine (figures 1 et ). Alors que le disque 45A n'est pas soumis' aux gaz d'échappement chauds 14 de la chambre de combustion (figure 1), il se trouve néanmoins en présence de l'air chaud qui a

été soutiré du compresseur 9 du moteur.

Les soutirages du compresseur servent à exécuter des tâches qui consistent par exemple à purger la zone interne 54 du moteur des vapeurs de lubrifiants et autres gaz. Les soutirages se trouvent à une température supérieure à la température ambiante, d'o il résulte que le rotor 45

de la turbine, figure 2, prend progressivement une tempéra-

ture supérieure à la température ambiante, et par conséquent

se dilate. La dilatation est progressive parce que les sou-

tirages du compresseur ne sont pas aussi chauds que le cou-

rant gazeux 14 (le soutirage le plus chaud a une température d'environ 600 C) et que la masse thermique du rotor retarde son échauffement. La dilatation thermique du rotor est

représentée par la zone 55 en figure 3.

- 5 - Pour résumer: le jeu 33 de la figure 2 est

influencé par les facteurs suivants dans l'ordre approxima-

tif ci-après. Initialement, 1) il se produit une croissance élastique du rotor, laquelle est suivie par 2) la dilatation par pression de l'anneau de renforcement. Alors 3) il se produit la dilatation thermique des aubes, suivie par 4) la dilatation thermique de l'anneau de renforcement. Ensuite 5)

la dilatation thermique du rotor a lieu.

On expliquera un exemple de ces changements de dimensions en liaison avec la figure 3. L'accélération du

moteur commence à l'instant 0 seconde, comme cela est indi-

qué. On peut voir que le jeu lors du démarrage est indiqué

par le point 66, et est égal approximativement à 1,2 milli-

mètre. Après qu'il se soit écoulé un temps d'environ 10 secondes, la vitesse de décollage de 11 000 tours/minute est atteinte, comme cela est représenté dans le bloc 68, et la croissance centrifuge du rotor provoque la croissance

jusqu'à un point 71, d'o le rétrécissement du jeu.

On peut voir que dans le cercle 90 il se produit un jeu minimum qui augmente alors avec le temps. Un tel minimum est appelé "point de serrement", et celui-ci impose

une limite au jeu minimum 33, figure 2, lors de la fabrica-

tion du moteur. Par exemple, si le rotor était conçu de façon que son jeu initial soit illustré par le point 93 en figure 8, le rotor aurait tendance à suivre la ligne en tirets 94 lors de l'accélération, et ii heurterait

l'enveloppe au point 96, ce qui n'est pas admissible.

Les jeux à des conditions autres que le point de serrement sont plus ouverts qu'il n'est nécessaire. Par

conséquent, pour réduire ce jeu inutilement élevé, on uti-

lise une commande active de jeu pour contrôler le diamètre

dans l'enveloppe 39 en soufflant sur elle de l'air froid.

Comme représenté en figure 1A, l'air 97A de refoulement de

la soufflante est canalisé jusqu'à l'enveloppe de la tur-

bine, comme cela est indiqué par les flèches 97, et une sou-

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- 6 pape 134 commande le volume de l'air soufflé sur l'enveloppe. La présente invention a pour objet une commande de

jeu perfectionnée pour moteur à turbine à gaz.

Dans la présente invention, on calcule le jeu ins- tantané entre une enveloppe de turbine et son rotor, sur la

base de la température.. Deux températures sont impliquées.

Tout d'abord, une température à l'état constant (TEC) est

calculée pour le rotor et l'enveloppe. TEC est une tempéra-

ture future, prédite, qui sera atteinte lors du fonctionne-

ment du moteur à l'état constant. Chaque TEC est calculée sur la base des conditions présentes de fonctionnement du moteur, par exemple des températures, pressions et vitesses sélectionnées. Les changements se produisant dans TEC indiquent les secondes températures, lesquelles sont les températures instantanées de l'enveloppe et du rotor. Ces changements de

TEC sont provoqués par des variations des conditions pré-

sentes de fonctionnements, celles-ci se produisant pendant

l'accélération et la décélaration du moteur. Les tempéra-

tures instantanées indiquent les diamètres de l'enveloppe et

du rotor, et par conséquent le jeu instantané les séparant.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le jeu instantané calculé sert à contrôler l'air qui est prélevé dans la soufflante et canalisé sur l'enveloppe de

manière à atteindre un jeu désiré.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement:

Figures 1 et 1A, dans une vue en coupe schéma-

tique, un moteur d'avion à turbine à gaz du type à dilution élevée, Figure 2, un détail schématique plus grand de la zone 30 de la figure 1,

Figure 2A, une aube 36 de turbine qui est refroi-

die par des courants d'air internes 185,

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- 7 - Figure 3, une courbe du jeu 33 de la figure 2 en fonction du temps, Figure 3A, une vue en coupe représentant un détail plus grand de la zone 30 de la figure 1, Figure 4, une vue d'une partie de la présente

invention qui est utilisée pour contrôler le jeu de la tur-

bine à haute pression 15 de la figure 1 (les figures 5-19 expliquent des détails sur la figure 4), Figure 5, des détails du bloc 107 de la figure 4, concernant le calcul du déplacement du rotor de la turbine à haute pression, Figure 6, des détails du bloc 209 de la figure 5,

concernant le calcul de la composante thermique du déplace-

ment du rotor de la turbine à haute pression, Figure 7, des détails du bloc 218 de la figure 6, concernant le calcul des températures du rotor de la turbine à haute pression pendant la marche du moteur, Figure 8, des détails du bloc 211 de la figure 6,

concernant le calcul de la composante thermique de la dévia-

tion du rotor de la turbine à haute pression, Figure 9, des détails du bloc 222 de la figure 8,

concernant le calcul de la température du rotor de la tur-

bine à haute pression alors que le moteur ne fonctionne pas, Figure 10, des détails du bloc 126 de la figure 4, concernant le calcul du déplacement de l'enveloppe de la turbine à haute pression, Figure 11, une vue des calculs du déplacement de l'enveloppe de la turbine à haute pression, Figure 12, des détails du bloc 362A de la figure 11, concernant les calculs de la température de l'enveloppe de la turbine à haute pression, Figure 13, des détails du bloc 362 de la figure 11, concernant les calculs du déplacement de l'enveloppe de la turbine à haute pression, Figure 14, des détails du bloc 138 de la figure 4, -8- concernant le calcul du débit de l'air de refroidissement délivré à l'enveloppe 39 de la turbine à haute pression de la figure 1, Figure 15, des détails du circuit 266 à retard de température des figures 7 et 12, Figure 16, des détails du bloc 129 en figure 4,

concernant la dynamique du système de commande pour la sou-

pape 134 de la figure 1A, Figure 17, des détails du bloc 630 de la figure

16,

Figure 18, des détails du bloc 101 de la figure 4, concernant le calcul du jeu demandé pour la turbine à haute pression,

Figure 19, une énumération des constantes utili-

sées pour les calculs des figures 4 à 18, Figure 20, une vue d'une partie de la présente

invention qui est utilisée pour contrôler le jeu de la tur-

bine à basse pression 18 de la figure 1 (les figures 21 à 34 expliquent des détails de la figure 20), Figure 21, des détails du bloc 756 de la figure

, concernant le calcul du déplacement du rotor de la tur-

bine à basse pression, Figure 22, des détails du bloc 775 de la figure 21, concernant le calcul de la composante thermique du déplacement du rotor de la turbine à basse pression, Figure 23, ds détails du bloc 819 de la figure 22, concernant l'ajustement des constantes de temps pour le

rotor de la turbine à basse pression, sur la base de condi-

tions de fonctionnement du moteur, Figure 24, des détails du bloc 820 de la figure 22, concernant le calcul des températures du rotor de la turbine à basse pression pendant la marche du moteur, Figure 25, des détails du bloc 830 de la figure 22, concernant le calcul de la composante thermique de la déviation du rotor de la turbine à basse pression, -9- Figure 26, une vue du calcul du déplacement de l'enveloppe de la turbine à basse pression, Figure 27, des détails du bloc 939 de la figure 26, concernant le calcul du déplacement thermique de l'enveloppe de la turbine à basse pression, Figure 28, des détails du bloc 970 de la figure 27, concernant une modification des constantes de temps de l'enveloppe de la turbine à basse pression sur la base du point de fonctionnement du moteur, Figure 29, des détails du bloc 973 de la figure 27, concernant le calcul de la température de l'enveloppe de la turbine à basse pression, Figure 30, des détails du bloc 976 de la figure 27, concernant le calcul du-déplacement de l'enveloppe de la turbine à basse pression, Figure 31, des détails du bloc 766 de la figure

, concernant le calcul du débit de l'air de refroidisse-

ment délivré à l'enveloppe 744 de la turbine à basse pres-

sion de la figure 1A, Figure 32, des détails du circuit 825 à retard de température des figures 22 et 29, Figure 33, des détails du bloc 753 de la figure , concernant le calcul du jeu demandé pour la turbine à basse pression, Figure 34, une liste des constantes utilisées pour les calculs des figures 20 à 33,

Figure 35, une vue en coupe d'un disque de tur-

bine,

Figure 36, une courbe S de la température en fonc-

tion du temps dans un modèle de transfert de la chaleur du second ordre, Figure 37, un ajustement linéaire d'un coefficient de dilatation thermique, basé sur la température, Figure 38, la signification d'une constante de jeu

à froid, telle que KHPTC1 de la figure 4.

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- 10 -

On procédera maintenant à une description détail-

lée de l'invention.

En figure 4, on a donné une vue d'ensemble d'un mode de réalisation de la présente invention. Le bloc 101 calcule un jeu désiré 33, représenté en figures 2 et 3A, qui doit être atteint pour (a) la vitesse présente du générateur de gaz, laquelle est indiquée sur la ligne 104 en figure 4, et (b) le déplacement présent du rotor qui est fourni par le bloc 107. (Le déplacement concerne l'écart du rayon 48A du rotor en figure 2 par rapport au rayon existant lorsque le rotor est froid. Le terme "rotor" concerne le composant qui comporte le disque 45A du rotor en figure 1 et les aubes 36 de la turbine en figures 1 et 2: le disque et le rotor sont traités sous forme de composants séparés, bien que le second

incorpore le premier).

Le déplacement du rotor, bloc 107, est basé sur les mesures des paramètres de fonctionnement suivants du moteur: (a) vitesse réelle (non corrigée) du générateur de gaz; (b) température totale à l'admission de la turbine à haute pression, qui est calculée au point 109 de la figure 1 sur la base de la mesure au point 761 de la figure 1A;

(c) pression statique au refoulement du compres-

seur, mesurée au point 112; et

(d) température totale au refoulement du compres-

seur, mesurée également au point 112.

Le déplacement est traité comme une superposition

de trois composantes individuelles de déplacement. La pre-

mière composante est le déplacement centrifuge, qui est affectée par la vitesse de rotation et la température du

rotor, cette dernière affectant le module de Young du maté-

riau du rotor, et par conséquent la quantité avec laquelle

le rotor s'étend sous l'effet de la force centrifuge.

La seconde composante est le déplacement thermique

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- 11 -

des aubes 36 de la turbine (figure 2), qui est provoqué par des variations de leur température. La température des aubes est affectée par la température de l'air circulant autour d'elles (par exemple, le courant d'air 14 en figures 2 et 2A), et la température du courant d'air de refroidissement

(figure 2A) traversant l'intérieur des aubes.

La troisième composante est le déplacement ther-

mique du disque 45A du rotor (figure 1). La valeur de ce déplacement est déterminée par la température du disque 45A, qui est affectée par les conditions de température et de

flux de chaleur du milieu entourant le disque.

Le déplacement du rotor, fourni par le bloc 107, est ajouté au jeu désiré dans l'additionneur 120, dans lequel une constante K1 est soustraite (K1 est égal à la constante KHPTC1 de la figure 19). K1 indique l'écart entre (a) le jeu réel existant dans la turbine lorsque celle-ci se

trouve à la température ambiante, c'est-à-dire à une tempé-

rature froide, et (b) le jeu désiré indiqué par le bloc 101 en figure 4 lorsque le rotor est froid. C'est-à-dire que K1

est le jeu pré-existant dans la turbine, et ajuste le dépla-

cement demandé pour l'enveloppe, sur une ligne 121, car K1 affecte la valeur du déplacement additionnel nécessaire pour

rendre le jeu correct.

Le bloc 126, figure 4, calcule le déplacement réel de l'enveloppe, qui est l'écart du diamètre 41 de l'enveloppe (figure 1) par rapport au diamètre lorsque celle-ci est froide. Comme avec le déplacement du rotor, le déplacement de l'enveloppe comprend plusieurs composantes, et ces 'composantes comportent une composante de dilatation thermique et une composante de croissance par pression. La composante thermique est basée sur (a) la température de

l'enveloppe et (b) le changement du coefficient de dilata-

tion thermique de l'enveloppe se produisant avec les varia-

tions de la température. La composante de pression est la croissance due aux variations de la pression à l'intérieur

- 12 -

de l'enveloppe de la turbine.

Le déplacement demandé pour l'enveloppe, produit par l'additionneur 120 sur la ligne 121, est réduit, dans un additionneur 123, par le déplacement réel de l'enveloppe, calculé dans le bloc 126, d'o la fourniture d'un signal d'erreur sur une ligne 124 concernant l'enveloppe. Le signal d'erreur indique la différence entre le déplacement réel de l'enveloppe et le déplacement demandé pour celle-ci. Par

exemple, s'il se produit une croissance de rotor, qui aug-

mente le signal sur la ligne 207, le déplacement demandé pour l'enveloppe, sur la ligne 121, augmente alors et

l'erreur de l'enveloppe, sur la ligne 124, croît également.

Un bloc 129, régulateur de soupape, reçoit le signal d'erreur de l'enveloppe et produit un signal sur une ligne 131, qui entraîne la soupape 134 (figure 1A) jusqu'à

la position correcte de manière à fournir le volume appro-

prié de l'extraction d'air de la soufflante destiné à l'enveloppe 39, de manière à atteindre le déplacement demandé par le signal fourni par la ligne 121 en figure 4.: Le bloc 126 fournit un autre signal, sur une ligne 137, qui informe le bloc 129, régulateur de soupape, sur le sens et la vitesse avec lesquels l'enveloppe se dilate ou se

rétracte. En réponse, le bloc 129 module la position deman-

dée pour la soupape, ligne 131, de manière à éviter les mou-

vements brusques de la soupape 134.

Par exemple, lorsque l'enveloppe se dilate rapide-

ment vers le diamètre demandé, il est préférable d'ajuster progressivement la position de la soupape afin de ralentir la dilatation de l'enveloppe alors qu'elle se rapproche de son diamètre attendu, plutôt que de permettre à l'enveloppe de se rapprocher du diamètre demandé à une vitesse élevée

d'extension, et alors d'activer brutalement l'air de refroi-

dissement juste avant que l'enveloppe n'atteigne le diamètre

demandé. Une telle activation brutale nécessite une ferme-

ture brusque de la soupape ouverte, ce qui n'est pas souhai-

- 13 -

table. Le signal de la ligne 137 indique le changement de la

vitesse de dilatation de l'enveloppe, et le bloc 129 pro-

voque l'ouverture et la fermeture progressives de la soupape 134. Le bloc 129 exécute d'autres fonctions, qu'on décrira ultérieurement.

La discussion précédente a porté sur le fonction-

nement de l'invention lors de conditions à l'état constant du moteur. De plus, l'invention calcule les déplacements du rotor et de l'enveloppe pendant les conditions à l'état non constant, c'est-à-dire lors d'évènements transitoires, tels que les accélérations et décélérations. L'invention le fait en surveillant le comportement des températures calculées à l'état constant pour le rotor et l'enveloppe. Sur la base du sens et de la vitesse de changement de ces températures,

l'invention estime les températures présentes respectives.

(En général, il n'est pas faisable, pendant un événement transitoire, de calculer ces températures directement sur la base des paramètres de fonctionnement donnés à gauche de la

figure 4, parce qu'il faut un temps fini pour que les compo-

sants ajustent, en réponse, leurs températures).

La présente discussion portera maintenant, plus en détail, sur les calculs qui ont été mentionnés dans l'examen de la figure 4. On considèrera d'abord les détails du calcul du déplacement du rotor de la turbine Haute Pression, bloc

107.

La figure 5 donne une vue d'ensemble du calcul du déplacement du rotor, dont les détails sont indiqués en figures 6 à 9. En général, comme on l'a indiqué ci-dessus,

le calcul est une superposition de trois déplacements indi-

viduels, chacun étant causé par différents facteurs. Un fac-

teur est la force centrifuge, qui change le diamètre du rotor lui-même. Un autre facteur est la température, dont

l'augmentation provoque la croissance du diamètre du rotor.

Un troisième facteur est le changement de la longueur 51 des aubes de la turbine (figure 2) se produisant en réponse aux

- 14 -

variations de la température.

En particulier, en figure 5, la vitesse du généra-

teur de gaz est appliquée à un multiplicateur 170, qui la multiplie par elle-même, d'o la présentation de son carré à un multiplicateur 173. Une raison de cette mise au carré est que la force centrifuge est fonction du carré de la vitesse

du générateur de gaz (plus spécialement, l'accélération cen-

trifuge est égal à 2r ou X est la vitesse de rotation, en radians/seconde et r est le rayon en centimètres). Par

conséquent, le carré de la vitesse du générateur de, gaz per-

met de calculer, en utilisant le bloc 176, la valeur de l'extension du rotor que provoque la force centrifuge, et

cette extension est appelée déplacement élastique.

Cependant, la simple connaissance de la seule vitesse du générateur de gaz ne permet pas de calculer avec précision le déplacement élastique. car le module de Young du

rotor varie avec les changements de température. Par consé-

quent, le bloc 176 reçoit la température de refoulement du compresseur, d'o on peut déduire la température du disque du rotor et par conséquent le module réel de Young. (Comme on l'a discuté dans le contexte de la présente invention, les soutirages du compresseur sont utilisés pour purger la

zone contenant le disque 45A, et par conséquent la tempéra-

ture du disque peut être déduite de la température de souti-

rage). Il en résulte que la sortie du multiplicateur 173 est la croissance élastique du rotor, calculée sur la base de la température du rotor et de la force centrifuge, et est appliquée à l'additionnaire 179. Cette croissance élastique,

ou déplacement centrifuge, est la première des trois compo-

santes superposées de la croissance.

La seconde composante de la croissance du rotor est la dilatation thermique des aubes, laquelle se produit

en réponse aux changements de leur température. La tempéra-

ture des aubes est influencée par celle de deux courants d'air, à savoir la température de refoulement du compresseur

- 15 -

et la température de l'admission de la turbine, lesquelles sont indiquées sur les lignes 181 et 183. Une raison pour cette double dépendance est que, comme représenté en figure 2A, les aubes sont entourées par un courant d'air 14 qui se trouve à la température d'admission de la turbine ou une

valeur proche de celle-ci. En outre, les aubes sont refroi-

dies par des courants d'air 185 qui sont fournis par le refoulement d'un compresseur. En général, la température résultante des aubes sera comprise entre les températures de ces deux courants d'air. Les constantes des blocs 187 et 189 en figure 5, dont les valeurs sont indiquées en figure 19,

sont des facteurs de pondération qui fournissent une inter-

pol-ation entre ces deux températures. Par exemple, en utili-

sant ces deux constantes, une température à l'admission de la turbine de 1 300 C et une température au refoulement du compresseur de 480 C se traduisent par une température des aubes d'environ 740 C, calculée de la façon suivante:

740 = (0,31) (1300) + (0,69) (480).

Dès qu'on connait la température des aubes, le déplacement thermique de l'aube est calculé dans le bloc 192. Ce déplacement est ajouté dans l'additionneur 179 à la croissance élastique de l'aube et la sortie, sur une ligne 194, est appelé déplacement rapide du rotor, DRR. La sortie est appelée "rapide" parce qu'elle se.produit presque ins-

tantanément: le déplacement centrifuge, produit par l'additionneur 173, est immédiat, et la dilatation thermique

de l'aube, produite par le bloc 192, est virtuellement imme-

diate à cause principalement de l'aire élevée de l'aube qui est exposée aux deux courants d'air 14 et 185 de la figure 2A. Le signal DRR, ligne 194, est appliqué à l'additionneur 196, et aussi aux blocs de calcul des autres figures qu'on

discutera ultérieurement.

La troisième composante de la croissance totale.du rotor est le déplacement thermique du disque 45A en figure - 1. 'Des détails du calcul de ce déplacement sont indiqués

- 16 -

dans la section suivant immédiatement. Cependant, aux fins de la figure 5, il suffit d'observer que le déplacement

thermique du disque 45A en figure 1 (c'est-à-dire la varia-

tion du diamètre), qui est acheminé sur la ligne 199, est ajouté au signal DRR dans l'additionneur 202.

La sortie 207 de l'additionneur 202, qui est éga-

lement représentée en figure 4, donne ainsi la somme des trois composantes, et fournit le déplacement total des

extrémités 205 des aubes de la turbine, figure 1A, qui exis-

tera à l'état constant dans les conditions indiquées par les

paramètres des'lignes 104 et 181-183 en figure 4.

Ce calcul du déplacement de rotor qu'on vient de discuter a été basé sur des conditions à l'état constant du moteur. Lorsque des évènements transitoires se produisent dans le moteur, le déplacement sera calculé par le bloc 107 d'une manière qui tient compte de l'écart par rapport à

l'état constant, comme on le discutera ultérieurement.

On considèrera maintenant, en liaison avec la figure 6, les détails du calcul du bloc 209 de la.figure 5,

relatifs au déplacement thermique du rotor.

En figure 6, le bloc 211 calcule le déplacement du disque sur la base de sa température, qui est fourni sur une

ligne 214. La température est calculée de deux façons diffé-

rentes, en fonction du fait que le moteur fonctionne ou non.

Lorsque le moteur fonctionne, le disque se trouve dans. un environnement chaud, et le calcul utilisé est celui du bloc 218. D'autre part, lorsque le moteur ne fonctionne pas, le disque n'est pas dans un tel environnement chaud, mais perd

de la chaleur, et le calcul employé est celui du bloc 222.

* Le "disque" concerne le composant 45A de la figure 1, et ne

comprend pas les aubes 36 de la turbine des figures 1 et 2.

Le fait que le moteur fonctionne ou non est donné par un indicateur d'état de moteur, acheminé par la ligne 210 et fourni par la commande de carburant du moteur, comme

cela est connu dans la technique. L'indicateur d'état com-

-2630500

- 17 -

mande un commutateur 212 qui détermine le type de calcul appliqué au bloc 211 relatif au déplacement du disque. (Les deux calculs sont entrepris lors de chaque itération des calculs, mais seul celui sélectionné par le commutateur 212 est envoyé au bloc 211). Le commutateur 212 est dans la position fausse de la figure 6, ce qui signifie que le moteur fonctionne, et que par conséquent le signal de température atteignant la

ligne 214 est celui produit par le bloc 218, ce qu'on expli-

quera maintenant.

Le bloc 218 de la figure 6 est représenté plus en détail en figure 7. En figure 7, la température du disque qui serait atteinte à l'état constant, si la vitesse du

générateur de gaz et la température au refoulement du com-

presseur se maintenaient à leurs valeurs présentes, est cal-

culée par le bloc 235 et le multiplicateur 233. La vitesse du générateur de gaz est fournie sur une ligne 263, et la température totale au refoulement du compresseur l'est sur une ligne 238. (La température est transformée en degrés Kelvin dans l'additionneur 230). Alors qu'on a représenté une seule ligne 240, les données calculées sont réellement constituées de deux signaux de température, un signal pour chacune des deux parties du disque, à savoir l'alésage et

l'âme. Seule une ligne 240 est représentée pour simpiifier.

On expliquera maintenant la raison de la division du disque

en son alésage et son âme.

La figure 35 représente un rotor 45 de turbine.

Une zone est l'âme 45B et l'autre l'alésage 45C. Comme indi-

qué dans la figure, si le diamètre du disque 45 (ne compor-

tant les aubes 36) est de 100 unités, l'alésage est consi-

déré comme fonctionnant entre 0 et 40 unités alors que l'âme

est considérée comme fonctionnant entre 40 et 100 unités.

L'alésage et l'âme ont des géométries différentes, de sorte que, bien qu'étant construits du même matériau, à une température donnée de l'environnement, le déplacement

2 630500

- 18 -

thermique du rayon de l'alésage sera différent de celui du rayon de l'âme. Un exemple simple illustrera le principe impliqué. Considérons un cube et une longue tige, dont la longueur est 10 fois celle d'un côté du cube. Tous deux sont construits avec le même matériau. Si on les porte tous deux à la même température, 'l'allongement de la longue tige sera supérieur à celui d'un côté du cube. D'une façon similaire, les dilatations de l'alésage et de l'âme seront différentes, et l'âme et l'alésage seront traités différemment dans les

calculs de la figure 7.

Les températures calculées à l'état constant pour l'alésage et l'âme sont appliquées à un circuit à retard 266 sur une ligne 270, après reconversion en degrés centigrades dans l'additionneur 241. Si le fonctionnement à l'état

constant est maintenu, le circuit 266 fournit, sur une sor-

tie 268, la température de la ligne 270 sans changement.

Cependant, lors d'un fonctionnement à l'état non constant (c'est-à-dire, lors d'évènements transitoires), le circuit 266 sert à estimer les températures de l'alésage et de l'âme. Alors qu'on décrit ultérieurement en détail le fonctionnement du circuit à retard, on discutera maintenant celui des multiplicateurs 254 et 256 qui fournissent deux

constantes de temps au circuit.

Les constantes de temps, contenues dans les blocs 250 et 252, sont spécifiques à l'alésage et à l'âme, et sont utilisées par le circuit à retard pour estimer la rapidité

avec laquelle l'alésage et l'âme acquièrent chacun' ou per-

dent de la chaleur. En outre, les constantes de temps ne sont pas réellement des "constantes", mais elles changent avec le point de fonctionnement du moteur, et les variations des constantes de temps sont faites dans les multiplicateurs

254 et 256.

Les constantes de temps sont utilisées dans un

modèle mathématique du second ordre qui décrit le comporte-

- 19 -

ment du disque en matière de transfert de chaleur (ainsi que le comportement des autres composants, comme on le discute ultérieurement) pendant les évènements transitoires du

moteur. Par "second ordre" on entend qu'un graphique du com-

portement thermique du disque peut être considéré comme la combinaison S de deux -courbes séparées P1 et P2, comme représenté en figure 36. Chaque courbe séparée a sa propre constante de temps, qui est la constante respective dans le

bloc 250 ou 252.

Les changements du point de fonctionnement du moteur, qui ont un effet sur les constantes de temps, sont déduits d'un paramètre concernant la puissance du moteur, sur une ligne 246, qui est un terne comprenant la vitesse réelle du générateur de gaz, comme on l'a indiqué, multiplié par le quotient de la pression statique au refoulement du compresseur et de la température totale au refoulement du compresseur. Plus précisément, le paramètre de puissance se présente sous la forme (N) (P/T), o N est la vitesse de

générateur de gaz, P la pression au refoulement du compres-

seur et T la température au refoulement du compresseur. Le

paramètre indique, d'une façon générale, la puissance pré-

sente développée par le moteur.

On donne maintenant une explication simplifiée de la raison pour laquelle les constantes de temps des blocs 254 et 256 dépendent du paramètre de puissance sur la ligne 246. La vitesse du générateur de gaz indique la vitesse de rotation du disque 45A en figure 1, et par conséquent la valeur du frottement du disque provoqué par l'air l'entourant. Un frottement plus élevé favorise un transfert plus grand de la chaleur, de la même manière que le fait de faire osciller une cuillère chaude dans l'air favorise son refroidissement. Ainsi, il est clair que les constantes de temps doivent dépendre de la vitesse du générateur de gaz,

qui fait partie du paramètre de puissance.

Les constantes de temps dépendent également de la

- 20 -

pression et de la température du milieu entourant le disque, car un milieu très chaud, dense, favorise l'échauffement du disque mieux que ne le fait un milieu tiède, dense, qui échauffe, à son tour, le disque plus rapidement qu'un milieu tiède, moins dense. Ainsi, il est clair que les constantes de temps doivent dépendre également de la température et de la pression au refoulement du compresseur, lesquelles

influencent la pression et la température de la cavité ren-

fermant le disque.

Par conséquent, en figure 7, les températures du disque à l'état constant (c'est-à-dire celles de l'alésage et de l'âme) sont fournies au circuit à retard 266 sur la ligne 270. Le circuit, comme on l'expliquera ultérieurement, délivre ces températures identiques à sa sortie 268 si le fonctionnement à l'état constant se maintient. Dans ce cas, les constantes de temps produites par les multiplicateurs 254 et 256 ne sont pas utilisées. Cependant, s'il se produit

un évènement transitoire, les constantes de temps sont uti-

lisées pour modifier les températures à l'état constant,

comme on l'expliquera ultérieurement.

Trois caractéristiques importantes concernant la figure 7 sont les suivantes. Tout d'abord, le disque a été divisé en deux composants, à savoir l'alésage et l'âme. Il y a deux constantes de temps (une dans le bloc 250 et l'autre dans le bloc 252) pour chaque composant, donnant un total de

4 constantes de temps pour le disque.

En second lieu, comme l'indique le signe 273, chaque ligne d'alimentation du circuit 266 représente deux morçeaux de données, l'un pour l'âme et l'autre pour

l'alésage.

En troisième lieu, le signal de température sur la ligne 238 fournit une correction implicite pour tenir compte de l'altitude: la température ambiante change avec

l'altitude, ce qui provoque une modification de la tempéra-

ture au refoulement du compresseur, affectant la température

- 21 -

du disque grâce au multiplicateur 233.

Les températures à l'état constant de l'alésage et

de l'âme sur la ligne 240 sont modifiées pendant les évène-

ments -transitoires du moteur (c'est-à-dire pendant les conditions à l'état non constant) par le circuit à retard 266, ce qu'on explique ci dessous en liaison avec la figure

15. Cependant, avant de discuter des températures transi-

toires, on considèrera d'abord la figure 8, laquelle calcule le déplacement du disque sur la base des températures de l'alésage et de l'âme, acheminées par la ligne 268 en

figure 7.

On remarquera que le calcul du déplacement du

disque, figure 8, n'est utilisé que lorsque le moteur fonc-

tionne, tant à l'état constant que pendant les évènements transitoires, mais également lorsque le moteur ne fonctionne

pas, bien qu'on n'ait pas encore discuté le cas des évène-

ments transitoires et du non fonctionnement.

Les températures produites par le circuit à retard

266 en figure 7 (ou ligne 220 en figure 6, comme on le dis-

cute ultérieurement) sont appliquées à la ligne 214 de la figure 6, qui conduit au bloc 211 concernant le déplacement du disque, qu'on expliquera maintenant en liaison avec la

figure 8.

La figure 8 est symétrique par rapport à une ligne

281, et l'explication donnée pour les calculs de la dévia-

tion de l'alésage, qui se produisent au-dessus de la ligne, est identique à celle concernant les calculs de l'âme, ayant

lieu au dessous de la ligne.

Pour simplifier, la figure 8 trouve l'augmentation de la longueur d'un objet (c'est-à-dire l'âme ou l'alésage)

en multipliant la longueur (bloc 308) qui existe à une tem-

pérature de référence (bloc 309) par (a) l'écart par rapport à la température de référence (sur la ligne 299) et (b) le

coefficient de dilatation thermique de l'objet; c'est-à-

dire que l'augmentation de la longueur est égale à (T1 - T2)

- 22 -

x (coefficient de dilatation) x (longueur d'origine), o T1

est la température réelle et T2 la température de référence.

On explique en détail ce calcul de la façon sui-

vante. La température de l'alésage, qui est celle sur la ligne 268 en figure 7 et qui, pendant le fonctionnement à l'état constant, est la même que sur la ligne 270, est

appliquée au multiplicateur 280 de la figure 8. Le multipli-

cateur 280, en même temps que l'additionneur contig 283, ajuste le coefficient de dilatation thermique (CDT), sur la base des variations de température du matériau pour lequel le coefficient a été obtenu, et on peut expliquer cela en se

reportant à la figure 37.

La figure 37 représente une droite 281A correspon-

dant à une équation de la forme Y = MX + B. Le symbole M représente la pente de la droite, et B est le point

d'interception avec l'axe Y, représenté par le point 281B.

En figure 8, M est la constante contenue.dans le bloc 288 et B la constante dans le bloc 293. Ainsi, si X (c'est-à-dire la température) constitue l'entrée du multiplicateur 280 comme on l'a indiqué, la sortie de l'additionneur 283, sur la ligne 286, représente MX + B. Cette sortie représente le coefficient de dilatation thermique (CDT) du matériau de l'alésage, mais ajusté quant à sa température. L'ajustement est linéaire, sur la base de la droite 281A de la figure 37, mais en utilisant les constantes des blocs 288 et 293 sous forme de M et B. Le coefficient de diiatation thermique, après ajustement, est multiplié dans le multiplicateur 301 de la figure 8 par l'écart ( bT) de la température réelle de l'alésage, ligne 214, par rapport à la température ambiante (ou une autre température de référence), ligne 297. L'écart

est fourni au multiplicateur 301, ligne 299. Le multiplica-

teur 301 multiplie en outre le coefficient CDT et AT par un rayon de référence du disque, fourni sur la ligne 304. Le

rayon de référence représente le rayon d'un point de réfé-

263O0O0

- 23 -0500

rence 318 sur le disque, comme représenté en figure 35.

La figure 8 calcule le déplacement 319, figure 35 (représenté grandement exagéré) du point de référence 318, qui est provoqué par les variations de la température, et fournit le déplacement sur une ligne 306. Un calcul identique est effectué pour l'âme, et se

produit au dessous la ligne 281. Un point similaire de réfé-

rence 318B en figure 35 pour l'âme est fourni par le bloc 312 en figure 8, et par conséquent la ligne 310 fournit un

signal représentatif du déplacement 318C du point de réf é-

rence de l'âme.

La sortie de l'additionneur 313 en figure 8 indique la somme des déplacements de l'alésage et de l'âme,

et par conséquent le déplacement thermique du disque 45A.

La discussion précédente a considéré le calcul des

déplacements du disque pour un moteur en fonctionnement.

Cependant, si le signal d'état sur la ligne 210 en figure 6 indique que le moteur n'est pas en fonctionnement, le calcul utilisé est celui du bloc 222, qui est fourni sur la ligne

214 par le commutateur 212. Le bloc 222 calcule la tempéra-

ture du disque sur la base tant de la durée d'arrêt du

moteur que de la température du disque au moment de l'arrêt.

On étudiera maintenant ce calcul.

Le bloc 222 en figure 6 reçoit 4 entrées, dont l'une est une désignation du moteur sur la ligne 244. Cette désignation est, en effet, un numéro de série qui identifie le moteur. Ce numéro de série est fourni par la commande électronique de carburant (non représentée) du moteur, selon une manière bien connue dans la technique. Ainsi, le bloc 222 est informé de l'identité du moteur avec lequel le bloc a été précédemment associé. Une raison de la fourniture de

ce numéro de désignation est la suivante.

Il est possible que le matériel de contrôle du jeu, qui comprend l'invention décrite ici, ait été remplacé par un nouveau matériel de contrôle. Dans ce cas, le nouveau

- 24 -

matériel utilisant le bloc 222, remarquera un changement dans le numéro de désignation, ligne 224. (La présente invention s'enquière constamment de savoir si le numéro de désignation du moteur reste le même). Lorsqu'il y a eu reconnaissance de la nouvelle désignation du moteur, comme indiqué par le symbole T en figure 9, les températures de l'âme et de l'alésage,ligne 220 en figure 6, sont alors établies à une valeur de défaut, c'està-dire à la constante

KHPTC19 en figure 19, qui est 150 C.

Une raison pour cet établissement à une valeur de défaut est que le nouveau matériel de contrôle du jeu ne connaît pas la durée écoulée depuis l'arrêt du moteur, ni les températures du disque au moment de l'arrêt, et par conséquent ne peut estimer la température du disque sur la

base de la température et de la durée de l'arrêt.

Au contraire, une valeur de 150 C est choisie.

Cette valeur est considérée comme acceptable car elle est proche de la température d'un disque en marche, de sorte que des problèmes similaires à ceux d'une "reprise de rotor chaud" ne seront pas rencontrés. Plus précisément, le contrôle de jeu suppose, par défaut, qu'un disque chaud est présent lorsque le matériel de contrôle est changé, quelle que soit la température réelle du disque, et quelle que soit

la durée réelle du refroidissement du disque.

Si, d'autre part, le paramètre de désignation qu'on vient de discuter n'indique aucun changement dans le matériel de contrôle, alors la température du disque est calculée en fonction de l'expression suivante, figure 9: Temp = (TANC - TREF) [exp (-TEMPSARR/CONSTEMPS)] +

TREF

o Temp désigne la température du disque; TANC la température du disque à l'arrêt; TREF une température de référence qui est approximativement égale à la température ambiante (ainsi, TANC - TREF est égal à l'augmentation de la température du

- 25 -

disque), EXP la base des logarithmes népériens, à savoir e, TEMPSARR la durée d'arrêt du moteur, CONSTEMPS la constante de temps respective, donnée en figure 19, pour l'alésage (KHPTDBORETSD) ou l'âme

(KHPTDWEBTSD).

Le calcul précédent est effectué deux fois: une

fois pour l'âme et une fois pour l'alésage. Les deux cal-

culs, comme l'indique l'expression, sont des types de fonc-

tions exponentielles décroissantes. On donnera maintenant un

calcul à titre d'exemple.

Comme l'indique la figure 19, la constante de temps (KHPTDBORETSD) pour l'alésage est 438 minutes, alors que celle pour l'âme (KHPTDWEBTSD) est 375 minutes. Par conséquent, si la différence, TANC - TREF est 1 000 C, alors que TREF est 30 C, la température estimée pour l'âme après 750 minutes (c'est-à-dire après l'écoulement de deux constantes de temps) sera alors d'environ 165 O, cette valeur étant obtenue de la manière suivante:

= 1000exp(-750/375)+30.

Les températures calculées par le bloc 222 en figure 6, comme on vient de le décrire, pour l'alésage et pour l'âme sont appliquées au bloc 211, qui calcule le

déplacement réel du disque, comme décrit ci-dessus en liai-

son avec la figure 6. Ce déplacement thermique du disque constitue l'une des trois composantes de la croissance du rotor, et est ajouté sur la ligne 199, figure 5, à DRR dans

l'additionneur 202, comme on l'a indiqué ci-dessus.

La discussion précédente a expliqué le calcul du

déplacement du rotor entrepris par le bloc 107 en figure 4.

Ce déplacement est appliqué à l'additionneur 120, qui reçoit ensuite un jeu désiré en provenance du bloc 101, de manière

à produire un déplacement désiré pour l'enveloppe. On discu-

tera maintenant du calcul du jeu désiré en liaison avec la -26-

figure 18.

En figure 18, le-bloc 440 produit un jeu désiré 33 à l'état constant, figure 2, en réponse à la vitesse du générateur de gaz. Un exemple illustrera le fonctionnement du reste de la figure 18. Supposons que le jeu désiré, sur la ligne 443, soit 0,25 mm. A l'état constant, le déplacement rapide du rotor (DRR, qui est la somme du déplacement thermique de l'aube et du déplacement centrifuge du rotor sur la ligne 194 en figure 5, comme on l'a discuté ci-dessus) atteint une

certaine valeur finie, qui est stable, par exemple 0,38 mm.

Le bloc Z, 447, en figure 18 applique la dernière valeur antérieure de DRR à l'additionneur 448, et donc, tant que DRR reste constant, la sortie de l'additionneur 448, sur la ligne 450, est nulle (0,38 mm est soustrait de 0,38 mm dans cet exemple). Le sélecteur MAX, 456, choisit le signal le plus grand sur la ligne 450 (maintenant zéro) ou la constante dans le bloc 453. Comme l'indique la figure 19, la constante a une valeur de 0, 010 mm/itération, de sorte que, à ce moment là, le bloc 456 du sélecteur choisit 0,010 et

applique cette valeur à l'additionneur 460.

L'additionneur 460 reçoit également la dernière valeur sur la ligne 463 en provenance du bloc-Z, 466. Le bloc 468 de sélection MAX choisit le plus grand de: (a) la sortie de l'additionneur 460 ou (b) le signal sur la ligne 443. Dans cet exemple, le signal sur la ligne 463 est 0,25,

de sorte que la sortie de l'additionneur 460 est (0,254 -

0,010) ou 0,24 mm. En conséquence, le bloc 468 choisit le signal de la ligne 443 et l'applique à la ligne 463. Par conséquent, la sortie, sur la ligne 463, est égale au jeu désiré à l'état constant qui est fourni par le bloc 440 tant

que cet état constant se maintient.

Lorsqu'il se produit un évènement transitoire, le même signal de sortie peut ou non être fourni, comme on

l'expliquera maintenant. Supposons qu'il y ait une augmenta-

263050o0

- 27 -

tion de la vitesse du générateur de gaz. DRR fait alors un saut. Supposons que DRR saute à 0,5 mm, le signal sur la

ligne 450 en figure 18 saute maintenant à 0,12 mm (0,5 -

0,38).. Le bloc 456 choisit cette valeur plutôt que l'alternative 0,010, et applique 0,12 mm à l'additionneur 460, qui soustrait cette valeur de la valeur précédente, à

l'état constant, sur la ligne 463.

Une façon de visualiser la signification de cette soustraction est donnée en figure 38. Une aube 36 et l'enveloppe 39 sont représentées dans leurs conditions à l'état constant. Comme il s'agit d'état constant, le jeu 486

sera égal au jeu demandé sur la ligne 463 en figure 18.

Lorsque la vitesse du générateur de gaz fait un saut, DRR augmente comme cela est indiqué par la distance 489 en figure 38, qui correspond à la valeur sur la ligne 450 en figure 18. L'additionneur 460 fait la différence entre le jeu à l'état constant (distance 486 en figure 38), qui est

produit par le bloc-Z 466, et l'augmentation de DRR (dis-

tance 489 en figure 38). Cette différence 492 est le jeu

restant dans la turbine après le saut de DRR.

Le sélecteur MAX, 468, choisit le plus grand de ce

jeu restant 492 (figure 38) ou le jeu programmé pour la nou-

velle vitesse, plus élevée, du générateur de gaz (à partir du bloc 440 en figure 18). (En général, le jeu désiré du

bloc 440 diminue avec l'augmentation de la vitesse du géné-

rateur de gaz). Il en résulte que le jeu demandé sur la ligne 463 sera égal, ou inférieur, au jeu précédent à l'état constant. En outre, la valeur sur la ligne 463 ne diminuera pas plus rapidement que l'augmentation de DRR, dans la mesure o l'augmentation de DRR est inférieure à la valeur de limitation dans le bloc 453. On expliquera, en liaison

avec la figure 4, l'effet de ce nouveau jeu demandé.

On se rappellera que le jeu n'est contrôlé que par le refroidissement, et par conséquent le rétrécissement, de l'enveloppe 39. L'élimination de l'air de refroidissement,

- 28 -

par exemple par fermeture de la soupape 185 en figure 1A, permet à l'enveloppe de se dilater alors que les gaz 14 de la turbine la chauffent. La réduction de la valeur désirée pour le jeu, produite par le bloc 101 en figure 4, a pour effet de provoquer la diminution du déplacement demandé de l'enveloppe (sur la ligne 121), ce qui est à l'origine de la diminution de l'erreur de l'enveloppe, d'o la limitation du

débit par la soupape de refroidissement ou la coupure com-

plète. L'effet est de permettre à l'enveloppe de se dilater pendant les accélérations pour faire de la place pour la croissance de la turbine. Cet effet est important pendant l'apparition d'une reprise de rotor chaud, qu'on a discutée

dans le contexte de l'invention.

Cependant, à l'issue de l'accélération, DRR en figure 18 acquiert une valeur à l'état constant, qui amène à zéro la sortie de l'additionneur 448. Ainsi, le sélecteur MAX, 456, choisit la constante dans le bloc 453 et l'applique à l'additionneur 460. Le jeu désiré sur la ligne 443 atteint sa valeur finale, plus faible, car l'accélération s'est terminée, mais la vitesse du générateur de gaz est maintenant plus élevée. (On se rappellera que le jeu désiré diminue alors qu'il y a augmentation de la

vitesse du générateur de gaz). Ainsi, comme la valeur précé-

dente sur la ligne 463 est inférieure à la valeur sur la

ligne 443 (car le bloc 468 du sélecteur MAX a choisi préçé-

demment la valeur la plus grande de la sortie de l'additionneur 460 ou du signal sur la ligne 443, et le signal sur la ligne 443 a pour conséquent diminué en valeur), l'effet de l'additionneur 460 et du bloc 468 est de décrémenter le jeu demandé, ligne 463, par étapes de 0,010 jusqu'à la nouvelle valeur, plus basse, du jeu qui est

appropriée à la vitesse plus élevée du générateur de gaz.

La discussion précédente a fait ressortir trois fonctions principales du dispositif de la figure 18. Tout d'abord, pendant le fonctionnement à l'état constant, le jeu

- 29 -

désiré du bloc 440 apparaît sur la ligne de sortie 463. En second lieu, lors d'une accélération, le jeu demandé est réduit de sorte que la soupape de refroidissement en figure 1A limite le débit ou se ferme entièrement, permettant à l'enveloppe 39 de croître et de dégager le rotor pendant sa croissance. En troisième lieu, à l'issue de l'accélération,

le signal de sortie sur la ligne 463 est amené progressive-

ment à la valeur à l'état constant de la ligne 443, par incréments de 0, 010, incrément qui est la constante dans le

bloc 453.

Le jeu demandé est appliqué à l'additionneur 120 en figure 4, ainsi que le déplacement du rotor, comme on l'a décrit ci-dessus, afin de produire le déplacement demandé pour l'enveloppe, ligne 121. La constante K1 est soustraite

dans l'additionneur 120, comme on l'expliquera maintenant. K1 est un jeu pré-existant qui est établi dans le moteur pendant sa

fabrication. En général, K1 variera entre 1,52 et 2,03 mm. Si les composants de la figure 38 sont

froids, la cote 486 représentera K1.

Lorsqu'une aube croît jusqu'à la position 368 en tirets, le jeu désiré provenant du bloc 101, lorsqu'il est additionné dans l'additionneur 120, indique que l'enveloppe 39 doit être au point 480. Cependant, le jeu à froid, 486

(c'est-à-dire K1), fournit un jeu pré-existant, et est sous-

trait du point 480 dans la détermination du déplacement demandé pour l'enveloppe. La soustraction indique que

l'enveloppe 39 a simplement besoin de se déplacer d'une dis-

tance 482 pour atteindre le jeu désiré.

La sortie de l'additionneur 120 en figure 4

indique le déplacement demandé pour l'enveloppe. Le déplace-

ment réel de l'enveloppe est soustrait de cette valeur dans l'additionneur 123 de manière à fournir l'erreur de

l'enveloppe. On discutera maintenant les calculs du déplace-

ment de l'enveloppe.

En bref, le déplacement de l'enveloppe est divisé

- 30 -

en trois composantes, dont la superposition donne le dépla-

cement total. Les trois composantes sont: premièrement, le

déplacement thermique, ligne 323 en figure 10; deuxième-

ment, le déplacement dû à la pression, ligne 328; et troi-

sièmement, le déplacement thermique des supports de l'enveloppe, ligne 325. (Le déplacement des supports de l'enveloppe est soustrait dans l'additionneur 326 car la dilatation des supports, tels que les supports 430 en figure 3A, provoquent la diminution du diamètre de l'enveloppe, alors que la dilatation de l'enveloppe elle-même provoque

l'augmentation du diamètre de l'enveloppe).

On considèrera maintenant en détail les calculs du déplacement thermique. Le bloc 320 en figure 10 reçoit quatre entrées 329, et à partir de cellesci calcule l'écart

du diamètre dans l'enveloppe par rapport à' l'état à froid.

On décrit ces calculs plus en détail dans les figures 11 à 13. Comme l'indique la figure 11, la température de

l'enveloppe est tout d'abord calculée (362A), puis le dépla-

cernent thermique l'est (362) sur la base de cette tempéra-

ture. Le calcul de la température est en outre détaillé en figure 12. Comme avec le rotor, la figure 12 illustre deux constantes de temps, dans les blocs 398 et 401, car le

modèle de transfert de la chaleur de l'enveloppe est égale-

ment du type du second ordre. En outre, comme avec le rotor, chaque constante de temps n'est pas de fait constante, mais est modifiée par le bloc 393 en fonction du débit d'air dans le générateur de gaz, lequel est la quantité de l'air, en

kilogrammes/seconde, traversant l'enveloppe et qui est indi-

que par la flèche 14 en figure 1A.

Une raison de la modification des constantes de temps en fonction du débit dans le générateur de gaz est analogue à celle donnée pour la modification des constantes

de temps de la figure 7 pour le rotor. La vitesse du trans-

fert de la chaleur à partir de l'enveloppe 39 en figure 1

- 31 -

est liée à la température et à la densité du milieu en contact avec l'enveloppe, et ce milieu est le courant d'air - 14. Bien que le courant d'air dans le générateur de gaz soit un seul paramètre, ce paramètre contient une information concernant les propriétés de transfert de la chaleur du cou- rant d'air 14, d'une façon à peu près similaire à celle avec laquelle le' paramètre de puissance, sur la ligne 246 en figure 7, contient une information sur les propriétés de

transfert de la chaleur du milieu en contact avec le disque.

Par exemple, en général, à des débits élevés dans le générateur de gaz, le courant d'air 14 est chaud, la pression (c'est-à-dire la densité) est élevée, et la vitesse est grande. Aux faibles débits de l'air, la température est plus basse, la pression est moins élevée, et la vitesse est plus basse. Par conséquent, la connaissance du débit dans le générateur de gaz par le bloc 393 permet de calculer la vitesse de fourniture de la chaleur à l'enveloppe et d'extraction de la chaleur à partir de celle-ci, laquelle a

un effet sur les constantes de temps de l'enveloppe.

La température de l'enveloppe à l'état constant est fournie sur la ligne 405 en figure 12, et est calculée

sur la base des paramètres 407, qui comprennent la tempéra-

* ture totale au refoulement du compresseur et la température totale au refoulement de la soufflante. De plus, un signal sur la ligne 421A indique les débits massiques relatifs des deux courants d'air ayant ces deux températures. L'air de refoulement du compresseur est utilisé pour refroidir

l'enveloppe 39 et les supports 430 de l'anneau de, renforce-

ment, et circule en gros comme cela est indiqué par les

flèches 431. Le courant d'air de refroidissement de la souf-

flante est indiqué par les flèches 97, et est fourni par une

chambre 98 représentée en trait plein.

Le bloc 418 en figure 12 contient un facteur, donné par la conception de l'extraction du compresseur, qui, lorsqu'il est appliqué au rapport des débits fourni par le

- 32 -

bloc de division 416, donne l'échelle définissant l'efficacité des deux courants d'air 431 et 97 sur

l'enveloppe de la figure 3.

En d'autres termes, le dispositif conduisant à la ligne 405 en figure 12 donne la température du courant d'air

97 extrait de la soufflante, figure 3A, ainsi que la tem-

pérature du courant d'air 431 extrait du compresseur. Le bloc 418 fournit en outre une information, donnée par la

conception de l'enveloppe 39, sur les propriétés de trans-

fert de la chaleur de l'enveloppe et des structures asso-

ciées. La connaissance de l'information précédente permet de

calculer la température de l'enveloppe.

Plus généralement, la ligne 405 représente une

interpolation entre les deux courants d'air à deux tempéra-

tures différentes. Tout d'abord, la différence de tempéra-

ture est obtenue à partir de l'additionneur 415; la diffé-

rence est pondérée par le multiplicateur 421 et la diffé-

rence pondérée est soustraite de la température la plus

chaude dans l'additionneur 424.

La pondération effectuée dans le multiplicateur 421 est basée sur le rapport des débits massiques, donnés dans le bloc de division 416, et aussi sur la base de l'efficacité des flasques, donnée dans le bloc 418. Cette dernière est indiquée dans la théorie de transfert de la chaleur, et est une indication de la valeur de l'isolation thermique des composants situés entre les courants d'air de chauffage et de refroidissement. Les composants de la figure 3A comprennent l'enveloppe 39, les flasques 431A, ainsi que

les supports 430 de l'enveloppe.

La discussion précédente a porté sur le calcul de

la température de l'enveloppe à l'état constant. Cette tem-

pérature, comme la température du rotor à l'état constant en figure 7, est appliquée au circuit à retard 266 de la figure 12, en même temps que les constantes de temps concernant

l'enveloppe, et la sortie, sur la ligne 427, indique la tem-

- 33 -

pérature de l'enveloppe. A l'état constant, la sortie est

égale à la température à l'état constant sur la ligne 405.

Pendant les évènements transitoires, la sortie est modifiée

par le circuit à retard et les constantes de temps. On étu-

diera maintenant l'utilisation de la température de

l'enveloppe pour calculer son déplacement.

La figure 11 indique que la température de l'enveloppe, ligne 427, est appliquée au bloc 362, lequel calcule le déplacement de l'enveloppe. Le calcul est donné

en détail en figure 13.

Comme en figure 8, le déplacement de l'enveloppe, ligne 502 en figure 13, est calculé sur la base d'une cote (dans le bloc 483) qui existe à la température ambiante (dans le bloc 486), et la cote est multipliée par l'écart par rapport à la température ambiante (ligne 489) et par le

coefficient de dilatation thermique (ligne 499).

Comme on l'a décrit ci-dessus en liaison avec la figure 37, les blocs 493 et 496 en figure 13, ainsi que le

multiplicateur 498 et l'additionneur 501, ajustent le coef-

ficient de dilatation thermique sur la base de la tempéra-

ture, ligne 427. Le coefficient ajusté est multiplié par l'écart par rapport à la température ambiante (ou une autre température de référence) dans le multiplicateur 503, o la cote de l'enveloppe pour la température ambiante (bloc 483) est également multipliée. Le produit, ligne 502, est le déplacement thermique de l'enveloppe, et se présente sous la

forme (coefficient de dilatation thermique) x (écart de tem-

pérature) x (cote initiale). Le déplacement thermique de l'enveloppe est appliqué à l'additionneur 123 en figure 4,

et à partir de là l'erreur sur l'enveloppe est fournie.

On considèrera maintenant le calcul du débit d'air de refroidissement qui est appliqué au diviseur 416 en figure 12. Ce calcul est effectué dans le bloc 138 de la

figure 4, qui est représenté en détail en figure 14. La sor-

tie du diviseur 520 est le rapport de pression entre le

2530500.

- 34 -

refoulement de la soufflante, au point 523 de la figure 1A, et la pression sous le capot, qui représente la pression

près du point 526, et est calculée sur la base de la pres-

sion atmosphérique. Ce rapport de pression est celui dans la conduite 527 qui délivre le courant d'air de refroidissement à l'enveloppe 39 lorsque la soupape 134 est complètement ouverte. On sait dans la technique comment calculer le débit d'air, en kilogrammes/seconde, dans une conduite lorsque le rapport de pression (provenant du diviseur 520), la température (sur la ligne 529), et la géométrie de la conduite sont connus (les facteurs géométriques se trouvent dans le bloc 531). Ainsi, le signal sur la ligne 533 indique le débit maximum de refroidissement qui peut être fourni à

l'enveloppe 39.

Cependant, la soupape 134 de la figure 1A étrangie cet écoulement, et l'écoulement réel est trouvé à partir de la position de la soupape, ligne 536 en figure 14, qui est corrigée dans le bloc 539 pour les nonlinéarités' entre la position de la soupape et son ouverture. Le résultat, ligne 416A en figures 4, 12 et 14, donne le volume d'air de

refroidissement atteignant l'enveloppe 39.

On discutera maintenant des circuits à retard des

figures 7 et 12, qui sont les mêmes, et qui ajustent la tem-

pérature calculée à l'état constant du rotor et.de l'enveloppe de manière à fournir leurs températures estimées

pour utilisation pendant les évènements transitoires.

La discussion précédente a considéré le calcul de l'erreur de l'enveloppe, qui est appliqué au régulateur 129 à soupape de la figure 4, mais pendant des conditions à

l'état constant. On expliquera maintenant comment la pré-

sente invention fonctionne lors des évènements transitoires du moteur, c'est-à-dire pendant les accélérations et les décélérations, de façon à estimer les températures du rotor

et de l'enveloppe sur la base du comportement des tempéra-

- 2630500

- 35 -

tures calculées à l'état constant. Cette estimation est effectuée par le circuit à retard 266 indiquée en figures 7 et 12. Le circuit de la figure 7 traite les deux signaux pour l'âme et l'alésage. Le circuit de la figure 12 traite les signaux concernant l'enveloppe. La situation de la figure 12, pour l'enveloppe, illustre le fonctionnement des trois situations, et est prise comme illustration générale. Les constantes de temps des blocs 398 et 401 sont appliquées en figure 15, comme cela est indiqué. Deux circuits à retard sont représentés en figure 15, et sont identiques. Le premier est en amont du

point 578, alors que le second est en aval du point 579.

Dans le premier circuit, le diviseur 580 divise la constante de temps sur la ligne 583 par 0,24. Le quotient, ligne 586, est une autre constante de temps, mais ajustée

pour tenir compte du fait que le temps d'itération du pro-

gramme de l'ordinateur est 240 millisecondes. Plus précisé-

ment, le point 578, ou tout autre point sélectionné dans les figures, est atteint tous les 240 millisecondes pendant le fonctionnement du programme. Cependant, la constante de temps sur la ligne 583 est calculée en terme de secondes

naturelles, et est alors ajustée par le diviseur 580.

La température à l'état constant, provenant de la ligne 405 en figure 12, est appliquée à l'additionneur 589, o le bloc-Z 592 soustrait la dernière valeur apparaissant au point 578, fournissant comme sortie de cet additionneur, au point 593, la variation de la température se produisant

depuis la dernière itération. Cette variation de la tempéra-

ture est multipliée par la constante de temps de la ligne 586, qui est un nombre compris entre 0 et 1, et le produit, ligne 595, est ajouté dans l'additionneur 598, par le bloc-Z

592, à la dernière valeur au point 578.

Cette suite d'évènements ajoute un retard à la température à l'état constant sur la ligne 588, comme

l'illustrera l'exemple suivant.

- 36 -

Supposons que la température à l'état constant

passe de 10 à 15, puis se stabilise à 20 unités arbitraires.

Supposons également que la constante de temps sur la ligne 586 soit 0,5, ce qui signifie que la constante de temps naturelle, sur la ligne 583, est de 2,08. Lorsque la tempé- rature était stable à 10, la valeur au point 593 était 0,

car les signaux sur les lignes 588 et 590 étaient égaux.

Cependant, lorsque la température saute à 15, la valeur au point 593 (différence de température) prend la valeur 5

<c'est-à-dire 15 - 10).

Le multiplicateur 601 produit maintenant une valeur égale à 2,5, qui est ajoutée dans l'additionneur 598 à la valeur 10 (provenant du bloc-Z 592) pour fournir un signal de 12,5 au point 578. Lors de l'itération suivante, la température saute à une valeur de 20 et l'additionneur

589 produit une sortie égale à 7,5 (c'est-à-dire 20,0 -

12,5). Le multiplicateur 601 prend la moitié de cette valeur, et applique le résultat 3,75 à l'additionneur 598, lequel ajoute ce nombre au nombre 12,5, donnant une valeur

de 16,25 au point 578.

Lors de l'itération suivante, après stabilisation de la température à 20, la valeur au point 593 est 3,75 (c'est-à-dire 20,00 - 16,25), dont la moitié est ajoutée à la valeur 16,25 au point 578 par le multiplicateur 601 et

l'additionneur 598, donnant 18,125. Le processus se pour-

suit, dans lequel la différence entre la valeur au point 578 et la température à l'état constant (c'est-à-dire 20) est divisée par 2 et le résultat ajouté à la valeur au point 578. En d'autres termes, les additionneurs 589 et 598, ainsi

que le multiplicateur 601, prennent la moitié de la diffé-

rence entre les points 578 et 588, et ajoutent cette moitié au point 578 lors de chaque itération. Dans cet exemple, la suite des valeurs au point 578 est 10; 12,5; 16,25; et

18,125.

Ce processus a pour effet que la valeur au point

- 37 -

578 suit la température à l'état constant, ligne 588, mais avec un retard imposé: la première valeur de sortie (au point 578) n'adopte pas immédiatement la température à

l'état constant, mais se rapproche par incréments de la moi-

tié de la différence présente. La durée réelle du retard est' déterminée par la constante de temps; si la constante de

temps était 0,1, au lieu de 0,5 comme on l'a supposé ci-

dessus, les valeurs successives au point 578 seraient 10; ,5; 10,95 et 11, 1, au lieu de la suite calculée dans le paragraphe ci-dessus. Ainsi, une constante de temps plus petite provoque un retard plus-grand et a pour effet que le signal au point 578 met davantage de temps pour atteindre la valeur finale, à l'état constant. La sortie du premier circuit à retard, au point 578, sera appelée première température de retard, et est appliquée à un circuit en

avance 618, qu'on expliquera maintenant.

La première température de retard est multipliée, dans le multiplicateur 605, par une constante acheminée par la ligne 607, qui est approximativement -0,94, comme indiqué en figure 19. La constante est également soustraite de 1,0 dans l'additionneur '609 et le résultat, environ 1,94, est multiplié, dans le multiplicateur 613, par la température à l'état constant acheminée par la ligne 611. Les sorties des multiplicateurs 605 et 613 sont ajoutées dans l'additionneur 604, produisant un signal acheminé par une ligne 615. Ce signal sert de signal à avance qui demande au second circuit

à retard le comportement de la température à l'état cons-

tant: le signal est égal à (1,94 x température à l'état constant) - (0,94 x première température de retard), et est

donc dominé par la température à l'état constant.

Le signal directeur, ligne 615, est appliqué à un

second circuit à retard qui commence au point 579. Ce cir-

cuit a une constante de temps plus petite, ligne 620, mais les autres fonctions sont les mêmes que celles du premier

circuit à retard. Par conséquent, la sortie, qui est la tem-

- 38 -

pérature estimée d'un composant (enveloppe, alésage, ou âme)

pendant un événement transitoire, est soumise aux deux cir-

cuits à retard ainsi qu'au circuit à avance du bloc 16.

L'ensemble du circuit est un circuit à retard-avance-retard.

La discussion précédente, concernant le contrôle du jeu d'une turbine à haute pression, a montré comment le déplacement du rotor et de l'enveloppe sont calculés à l'état constant sur la base de la vitesse du générateur de gaz, des pressions et des températures auxquelles le rotor et l'enveloppe sont soumis. En outre, la discussion a montré que le déplacement transitoire du rotor et de l'enveloppe, se produisant lorsque le moteur subit des accélérations ou

des décélérations, peut être estimé sur la base du comporte-

ment dans le temps des températures calculées à l'état constant pour ces composants. Ces calculs transitoires sont

entrepris dans le circuit à retard 266 en figures 7 et 12.

Les constantes de temps du circuit à retard sont modifiées, pendant les événements transitoires, en réponse à des paramètres de fonctionnement sélectionnés, tels que ceux du bloc d'alimentation 260 en figure 17 et du bloc d'alimentation 393 en figure 12. La présente discussion prendra maintenant en considération le fonctionnement du

bloc 129 du régulateur à soupape, figures 4 et 16.

Le bloc du régulateur à soupape est représenté en détail en figure 16. L'information concernant la précision probable des cpateurs sélectionnés est appliquée à un bloc 630 d'état de paramètre. Les capteurs en question sont ceux qui indiquent la température totale de l'air entrant dans le moteur, la pression de l'air ambiant, la température au refoulement du compresseur, et la température à l'admission de la turbine à basse pression. Ces données concernant la

précision des capteurs sont fournies par un autre disposi-

tif, qu'on connaît dans la technique. La donnée pour chaque capteur est un signal numérique représentant un nombre. La valeur du nombre indique le degré de précision attendue de

- - 2630500

- 39 -

la donnée fournie par les capteurs respectifs. Dans la tech-

nique, ces données sont appelées paramètres d'état de sélec-

tion (PES).

Ces paramètres sont appliqués à une table de vérité indiquée en figure 17, qui représente le fonctionne- ment qu'exécute le bloc 630 en figure 16. Dans la colonne 700 de la figure 17, il est demandé si le paramètre PES pour le capteur de température à l'admission de la turbine à basse pression est égal à 4 ou à 7. S'il est égal à 4 ou à 7, la réponse est V, signifiant vrai, et, dans le cas contraire, la réponse est F, voulant dire faux. En colonne 701, une demande est faite quant au paramètre PES pour le capteur de la température de refoulement du compresseur. Si ce paramètre est égal à 4 ou à 7, la réponse est V alors que dans le cas contraire, la réponse est F. Si la réponse est indéterminée, c'est-à-dire que la réponse est soit V soit F,

un X est fourni.

La colonne 702 pose la question de savoir si le paramètre PES pour les capteurs de la pression ambiante

dépasse 13 alors que la colonne 703 fait une enquête simi-

laire quant au paramètre relatif au capteur de la tempéra-

ture totale de l'air.

Les valeurs individuelles de chaque rangée 705-709 sont soumises ensemble à une opération logique OU, ce qui signifie qu'une demande est faite pour savoir si au moins une réponse vraie existe dans la rangée, et le résultat est donné en colonne 704. Par exemple, la réponse vraie contenue à l'intérieur du cercle 710 donne à la rangée 707 une valeur OU Vraie, comme indiqué dans la colonne 704. Par contraste, l'absence d'une valeur vraie dans la rangée 709 lui donne

une valeur OU Fausse. La valeur Vraie indique que les don-

nées des capteurs ne sont pas considérées comme étant suffi-

sament fiables, et la commande, comme on l'explique ci-des-

sous, établit la soupape 134 de la figure 1 dans la position

à sécurité positive.

2630500.

- 40 -

Sur la base de la colonne 704, le commutateur de priorité 633 de la figure 16 est amené à la position vraie représentée lorsque la réponse de la colonne 704 en figure 17 a une valeur vraie. Dans cette situation, la boucle de commande est indiquée par la ligne en tirets 636 en figure 16, et la position demandée pour la soupape est founie par l'additionneur 639. Une position de 0 o pour la soupape de refroidissement, provenant du bloc 642, est appliquée à l'additionneur 639, d'o est soustraite la valeur précédente de la position demandée pour la soupape, fournie par le bloc-Z 645. La valeur du signal résultant, ligne 650, est

limitée par les sélecteurs MAX et MIN 653 et 656, qui limi-

tent le signal entre les valeurs +22,222 et -22,222, comme cela est indiqué en figure 19. Le signal limité, résultant, est appliqué à l'additionneur 660 en figure 16, auquel est ajoutée la valeur précédente du signal de la soupape, fourni

par le bloc-Z 663. L'additionneur 660 et le bloc 663 agis-

sent en intégrateur qui procède à l'intégration du signal produit par le sélecteur 656. Par conséquent, la position de la soupape est déterminée par la sortie de l'additionneur 639. Aucun refroidissement n'est appliqué à l'enveloppe et celle-ci atteint son diamètre maximum, qui est une position

à sécurité positive.

Si le commutateur 633 se trouve dans la position

Fausse, indiquant qu'on pense qu'un nombre suffisant de cap-

teurs fonctionnent de manière fiable, le signal d'erreur de stator, ligne 670, est alors traité de la façon suivante. Le signal d'erreur est multiplié par une fonction de gain dans

le bloc 673. La fonction de gain donne une influence diffé-

rente à des valeurs différentes de l'erreur du stator. Par exemple, une erreur de 0,5 mm peut avoir pour conséquence que la sortie du bloc de gain soit de 50 unités, alors qu'une erreur de 0,025 mm peut être à l'origine d'une erreur anormalement petite, par exemple 1 unité. Un résultat est que l'erreur plus élevé (0,5 mm) provoque une réponse plus - 41 - 263o500

- 41 -

grande (50 unités).

Un sélecteur de minimum 674 fait alors un choix entre le minimum du signal du bloc 676 et la sortie du bloc de gain 673, d'o la limitation de la sortie de ce bloc à une valeur des plus élevées, à savoir celle du bloc 676. La

sortie du sélecteur de minimum 674 est appliquée à un multi-

plicateur 679 dans lequel elle est multipliée par une constante que contient le bloc 682, qui transforme le signal

d'erreur pour donner les unités correctes nécessaires au po-

sitionnement de la soupape. La constante transforme les uni-

tés de l'erreur de stator (c'est-à-dire des centièmes de

millimètre) en unités de la position de la soupape (c'est-à-

dire de la position du champignon ou de l'obturateur de la soupape) car une erreur donnée pour le stator nécessite une quantité donnée de l'air de refroidissement, qui est fourni

par une soupape ayant une position donnée pour le champi-

gnon. Au multiplicateur 679 est également appliquée la sortie d'un filtre contenu dans le bloc 684 en tirets. Le filtre sert à filtrer le bruit à haute fréquence qui peut

exister dans le signal d'erreur du stator. Un exemple illus-

trera le fonctionnement du filtre 684.

A l'état constant, les signaux des lignes 670 et 685 seront égaux. Ainsi, la sortie de l'additionneur 688

sera zéro, et le multiplicateur 690 ne fait rien pour alté-

rer le signal de la Iigne 685. Cependant, s'ii se produit un saut dans l'erreur du stator, le filtre demande, de fait, si le saut représente une augmentation réelle de l'erreur du

stator ou un signal de bruit parasite.

Supposons que le précédent signal d'erreur soit 0,25 mm, et que le signal d'erreur saute maintenant à 0,5 mm. La sortie de l'additionneur 688 est maintenant 0,25 mm (0,50 - 0,25). Le bloc 693 et le multiplicateur 690 multiplient cette sortie par une fraction, qu'on suppose être 2,5 mm, fournissant ainsi un signal de 25,4 (10 x 2,54)

- 42 - 350

sur la ligne 694, qui s'ajoute au signal d'erreur précédent de 0,25 mm dans l'additionneur 696. Le résultat est un signal de 279 sur la ligne 685, en réponse à un signal d'erreur de 0,5 mm sur la ligne 670: le signal d'erreur a été réduit. Si le signal d'erreur élevée persiste, le signal sur la ligne 685 se rapprochera progressivement de la valeur du signal d'erreur. Si le signal d'erreur élevée disparait, comme cela peut être le cas s'il est provoqué par des facteurs parasites, le signal sur la ligne 685 prendra alors

progressivement la valeur originale de 254 sur la ligne 670.

Le bloc 684 agit ainsi en filtre car il empeche que des sauts rapides (c'est-à-dire de haute fréquence) de

l'erreur du stator ne se propagent au droit du multiplica-

teur 679. On étudiera maintenant la boucle indiquée par la

flèche 695.

Les blocs de sélection MAX et MIN, 712 et 713, recoivent chacun un signal de marge sur une ligne respective 651 et 650. Chaque signal représente la différence entre la position demandée en dernier pour la soupape, fournie par un bloc-Z respectif 645 ou 646, et des limites, fournies par

les blocs 642 et 643. Une limite, dans le bloc 643, repré-

sente une position maximum admissible pour la soupape; alors que l'autre limite, bloc 642, représente une position minimum admissible pour la soupape. Les marges limitent ainsi le signal de la ligne 715 par l'intermédiaire des

blocs de sélection MAX et MIN, 712 et 713.

Les marges limitent la vitesse de la soupape lorsque celle-ci se rapproche soit de sa position maximum soit de sa position minimum. Par exemple, si la position demandée pour la soupape est très proche de la position maximum, la différence produite par l'additionneur 639A sera

très petite et par conséquent la position de la soupape per-

mise par le bloc de sélection MIN 712 sera la même petite différence.D'une façon similaire, les blocs 653 et 656 de -43- sélection MAX et MIN limitent le signal sur la ligne 715, mais pour une raison différente. Ces blocs empêchent que la vitesse demandée pour la soupape, qui est fournie par le système de commande sur la ligne 715, ne dépasse la vitesse la plus rapide de déplacement pouvant être atteinte par la soupape: la commande n'a pas la possibilité de demander une vitesse du mouvement de la soupape que celle-ci ne peut atteindre.

La sortie du sélecteur de maximum 656 est appli-

quée à un bloc-Z 717, et à l'additionneur 660. On doit noter que cette sortie, alors qu'elle a été décrite antérieurement comme une position du champignon de la soupape, représente - réellement la vitesse du champignon. Plus précisément, le

signal est appliqué à un servomoteur, connu dans la tech-

nique, et, tant que le signal est applique, le servomoteur déplace le champignon de la soupape. La vitesse dépend de l'amplitude du signal. Par conséquent, le bloc-Z fournit une cadence temporelle de changement de la vitesse, qui est une accélération. Par conséquent, la ligne achemine un signal représentatif de l'accélération du champignon de la soupape,

ou de son obturateur.

Ce signal d'accélération modifie le signal fourni par le multiplicateur 679 de la façon suivante. Une valeur fractionnaire est acheminée par la ligne 719, sur la base de HPDCMOD, qui est le signal produit par le bloc 393 en figure 12. HPTCMOD est le signal qui modifie les constantes de temps de l'enveloppe, comme on l'a discuté ci-dessus. La valeur fractionnaire, ligne 719, applique une partie de l'accélération précédente, fournie par le bloc-Z 720, à

l'additionneur 721 o la différence entre les deux accéléra-

tions est fournie sur la ligne 722. La différence est ajou-

tée à la valeur précédente dans l'additionneur 723, et le

résultat est soustrait dans l'additionneur 724.

Une façon de voir la modification venant d'être décrite est que le calcul dans le bloc en tirets 725 sert à

- 44 - 2630500

4 44 adapter l'accélération demandée, produite par le bloc de sélection maximum 656, à l'accélération que l'enveloppe peut subir, sur la base de ses constantes de temps présentes. Si une accélération trop grande est demandée, la sortie de l'additionneur 723 sert à réduire l'accélération demandée, produite par le sélecteur de maximum 656, à cause de la

soustraction se produisant dans l'additionneur 724.

On examinera maintenant un système de commande

utilisé pour contrôler le jeu 740 en figure 1A entre la tur-

bine 18 à basse pression et son enveloppe 744. Un soutirage de soufflante, semblable à celui utilisé pour la turbine à

haute pression, est employé comme indiqué en figure 1A.

La figure 20 est une vue d'ensemble du système, semblable à celle de la figure 4. Le bloc 753 en figure 20 calcule la valeur désirée du jeu 740 de la figure 1A, sur la

base de la vitesse de la soufflante. Cette vitesse est uti-

lisée en figure 20, par opposition à la vitesse réelle du générateur de gaz utilisée en figure 4, car la soufflante 21 de la figure 1A est fixée sur le même arbre que la turbine

18 à basse pression, et l'expression "vitesse de la souf-

flante" est un terme accepté par la technique pour la vitesse de l'ensemble à basse pression, lequel comprend la soufflante 21, le surpresseur 6 et la turbine 18 à basse pression. Le bloc 756 calcul le déplacement du rotor sur la

base de quatre paramètres d'entrée: la vitesse de la souf-

flante; la température de la cavité 757 dans laquelle est placée le disque 758 du rotor (figure 1A); la température totale d'admission de la turbine à basse pression et la

pression statique d'admission de la turbine de basse pres-

sion. Ces quatre paramètres sont analogues aux quatre para-

mètres utilisés par le bloc 107 en figure 4, pour le dépla-

cement du rotor à haute pression: la vitesse de la souf-

flante est analogue à la vitesse du générateur de gaz; la

pression d'admission de la turbine basse pression est ana-

4 52630500

- 45 -

logue à la pression statique de refoulement du compresseur car chacun applique une pression à son enveloppe respective de turbine; la température à l'admission de la turbine basse pression est analogue à la température à l'admission de la turbine haute pression; et la température de la

cavité est analogue à la température de refoulement du com-

presseur car ce dernier est utilisé pour purger la cavité de

la turbine à haute pression, comme on l'a discuté ci-dessus.

La sortie du bloc 756 en figure 20 indique le déplacement du rotor, qui est ajouté dans l'additionneur 764 au jeu désiré, à partir du bloc 753, d'o est soustrait le jeu à froid dans le bloc 767. La sortie de l'additionneur

764 est la position demandée pour l'enveloppe.

L'écart de l'enveloppe par rapport à cette posi-

tion demandée est estimé dans l'additionneur 770 qui calcule l'erreur d'enveloppe. L'entrée, sur la ligne 772, à l'additionneur 770 est le déplacement du stator, qui est calculé dans le bloc 774 sur la base des quatre paramètres d'entrée indiqués. Le reste de la figure 20 est analogue au reste de la figure 4 et la discussion faite antérieurement

est applicable.

On comparera la figure 21, qui calcule le déplace-

ment du rotor pour la turbine à basse pression, à la figure qui calcule le déplacement du rotor pour la turbine à

haute pression. Le bloc 771 en figure 21 calcule le déplace-

ment thermique des aubes, qui est la dilatation des aubes de

la turbine se produisant par suite des variations de tempé-

rature. L'entrée, sur la ligne 772, est la température des aubes, qui sera égale à la température à l'admission de la turbine basse pression ou à une valeur proche de celle-ci, laquelle est le paramètre mesuré sur la ligne 772. Le calcul

de la température des aubes est plus direct que celui effec-

tué pour le bloc 192 en figure 5 car, en figure 5, la tempé-

rature des aubes est fonction à la fois de l'air de refroi-

dissement et des gaz de combustion qui les frappent. Un tel

- 46 -

refroidissement n'est pas effectué pour les aubes de la tur-

* bine à basse pression dans le mode de réalisation préféré, et par conséquent le calcul en figure 21 est beaucoup plus simple. Cependant, si on utilisait un refroidissement des aubes, on pourrait utiliser le calcul de la figure 5. Le bloc 775 en figure 21, sur la base de quatre

paramètres, à savoir la vitesse de la soufflante, la tempé-

rature de la cavité 757 en figure 1A qui contient la turbine à basse pression, la pression à l'admission de la turbine à

basse pression, et la température à l'admission de la tur-

bine à basse pression, calcule ce qui suit: la température du moyeu et de la couronne (qui correspondent en matière de concept à l'alésage et à l'âme de la figure 35), sur une ligne 777 et, sur la base des températures, le déplacement

du moyeu et de la couronne.

La température sur la ligne 777 est utilisée par le bloc 780 de manière à calculer le changement du module de Young du matériau du rotor. D'une façon similaire, le bloc 782 calcule le changement du module de Young des aubes de la turbine. Ces changements de module sont ajoutés dans l'additionneur 785, qui alimente le multiplicateur 788, lequel multiplie la somme par le carré de la vitesse du

générateur de gaz, acheminé sur la ligne 790. Le multiplica-

teur 788 exécute une fonction semblable à celle du multipli-

cateur 173 de la figure 5.

Un calcul du module de.Young pour les aubes de la turbine est effectué en figure 21, mais ne l'est pas en figure 5 pour la turbine à haute pression. Une raison est que les aubes de la turbine à basse pression sont beaucoup plus longues que celles de la turbine à haute pression, et

par conséquent, le déplacement des aubes dû à la force cen-

trifuge est une distance absnlue plus grande que dans le cas

de la turbine à haute pression.

Le déplacement centrifuge, provenant du multipli-

cateur 788, est ajouté au déplacement thermique des aubes,

- 47 -

provenant du bloc 771, dans l'additionneur 793, fournissant

un signal sur une ligne 795, qui est un signal de déplace-

ment rapide du rotor (DRR), comme en figure 5. Le signal est appelé déplacement rapide du rotor car le déplacement se produit presque instantanément avec l'augmentation de la vitesse du rotor: le déplacement centrifuge est instantané et les aubes de la turbine suivent la température des gaz entrant dans la turbine si rapidement que la dilatation thermique des aubes calculée dans le bloc 770 peut être

considérée comme presque instantanée.

Le déplacement rapide du rotor est ajouté dans

l'additionneur 798 au déplacement thermique du disque, don-

nant le déplacement réel de la totalité du rotor sur une

ligne 800, ligne qui est également représentée en figure 20.

On examinera maintenant le calcul du bloc 775 en figure 21.

Le fonctionnement d'un bloc similaire 209, figure 6, a été expliqué précédemment. D'une façon similaire à la situation de la turbine à haute pression, représentée en figure 7, deux constantes de temps (dans des blocs 865 et

868), figure 23, sont utilisées pour le disque à basse pres-

sion, une pour la zone de la couronne et l'autre pour la zone du moyeu. Pour la turbine à basse pression, la zone du moyeu est considérée comme se terminant au point 318D en figure 35, qui a une certaine valeur sur l'échelle 0 à 100 de la figure, par opposition au point de terminaison de l'alésage pour la turbine à haute pression, qui a une valeur

de 40 unités comme on l'a indiqué précédemment.

Comme en figure 7, pour la turbine à haute pres-

sion, un paramètre de puissance en figure 23 est calculé sur une ligne 850, semblable à celui de la ligne 246 en figure 7, et ce paramètre est un indicateur de la capacité d'isolemen- (ou, inversement de la conductivité thermique) de l'air pressurisé entourant le disque. Par exemple, de l'air à haute pression, dense, à une température élevée comme cela est indiqué par les paramètres des lignes 853 et

- 48 -

856, aura tendance à chauffer le disque plus rapidement lorsque la vitesse de la soufflante, sur la ligne 859, est élevée, car le mouvement relatif entre le disque et l'air fournit une action de frottement qui favorise le transfert de la chaleur. La sortie du bloc 862 en figure 23 est une paire de modificateurs, un pour chaque constante de temps du disque, qui sont contenus dans des blocs 865 et 868. Comme on l'a discuté ci-dessus en liaison avec la turbine à haute pression, le modèle de transfert de la chaleur qui a été utilisé suppose un système du second ordre ayant deux constantes de temps, à savoir une constante de temps rapide et une constante de temps lente. Les constantes de temps dans les blocs 865 et 868 pour la turbine à basse pression sont analogues aux constantes de temps dans les blocs 250 et

252 de la figure 7 pour la turbine à haute pression.

Le bloc 820 en figure 22 calcule la température à l'état constant du disque 758 de la turbine (c'est-à-dire pour le moyeu et la couronne) en figure 1A qui sera atteinte

si les conditions de fonctionnement indiquées par les para-

mètres sur les lignes d'entrée 880 restent effectives. La figure 24 illustre le calcul des températures du moyeu et de

la couronne à l'état constant avec davantage de détails.

La température de la couronne est influencée non seulement par celle de l'air dans la cavité 757 en figure 1A, mais également par le flux thermique dû à l'air tombant sur les aubes de la turbine. Ainsi, la température à l'état constant de la couronne est influencée par des signaux sur les deux lignes 892 et 894 en figure 24. Le bloc 887 fournit un facteur au multiplicateur 890 qui indique l'efficacité du transfert de la chaleur sur la base du frottement entre l'air dans la cavité 757 et le disque 758, et le facteur est fonction de la vitesse de la soufflante. Le bloc 887 fournit également un facteur au multiplicateur 884 qui indique la vitesse du flux de la chaleur entre les gaz de la turbine et

- 49 -

la couronne.

D'autre part, la température du moyeu est influen-

cée surtout par la température de la cavité, et par consé-

quent le bloc 901 fournit un signal au multiplicateur 898 qui est représentatif de l'efficacité du transfert de la

chaleur entre l'air de la cavité et le moyeu.

La température à l'état constant tant du moyeu que de la couronne, calculée en figure 24, ainsi que les deux constantes de temps pour chacun d'entre eux provenant des blocs 865 et 868 en figure 23, sont appliquées au circuit à retard 825 en figure 22, qui est représenté en figure 22 et

qui est identique à celui des figures 7 et 15.

La sortie du circuit à retard 825 en figure 22 est appliquée au bloc 830 relatif au déplacement du disque si l'indicateur d'état 827 indique que le moteur fonctionne. Si l'indicateur indique que le moteur ne fonctionne pas, le bloc 830 calcule alors la température du disque de la même manière qu'on l'a décrit précédemment en liaison avec la

figure 9.

Que le moteur fonctionne ou non, le bloc 830 cal-

cule le déplacement du disque, et celui-ci est représenté avec davantage de détails en figure 25. Le fonctionnement de la figure 25 est semblable à celui de la figure 8 à l'exception de l'utilisation de constantes différentes, telles que KLPTC2. Le fonctionnement de la figure 8 est décrit dans la section précédente en liaison avec la

figure 6.

La discussion précédente a expliqué comment est calculé le déplacement du rotor à basse pression sur la ligne 800 en figure 21. On étudiera maintenant le calcul du

déplacement de l'enveloppe à basse pression.

En figure 26, le déplacement thermique de l'enveloppe, sur une ligne 940, est ajouté au déplacement, ligne 943, provoqué par la pression régnant dans l'enveloppe. En général, le déplacement dû à la pression est

- 50 -

une fonction linéaire de la pression à l'admission de la

turbine à basse pression, et par conséquent, la multiplica-

tion de cette pression par la constante dans le bloc 947

permet de calculer ce déplacement.

Le déplacement thermique est calculé comme cela est représenté en figures 27 à 30. En figure 27, le bloc 970 calcule les deux constantes de temps de l'enveloppe sur la

base du courant d'air dans le générateur de gaz et du cou-

rant d'air de refroidissement. Les constantes de temps sont

utilisées par le bloc 973 qui calcule la température transi-

toire, réelle, qui est envoyée au bloc 976 qui utilise la température calculée dans le but de calculer le déplacement réel de l'enveloppe. Le bloc 970 est représenté plus en

détail en figure.28.

Les constantes de temps, dans les blocs 1002 et

1004, ont les valeurs nominales indiquées en figure 34.

Chaque constante de temps est modifiée en figure 28 par l'écoulement dans le générateur de gaz et l'écoulement de l'air de refroidissement, pour des raisons similaires à celles pour lesquelles les constantes de temps des blocs 398 et 401 (figure 12) sont modifiées par l'écoulement dans le

générateur de gaz.

Les deux constantes de temps des blocs 1002 et 1004 sont multipliées par le modificateur de l'écoulement dans le générateur de gaz, bloc 1022, de manière à donner

une paire de premiers produits de constantes de temps (CT)-

provenant des multiplicateurs 1008 et 1010.

Une autre paire de constantes, dans des blocs 1014 et 1018, sont multipliées chacune par un modificateur de

l'écoulement de refroidissement dans le bloc 1024 pour prô-

duire une paire de seconds produits CT, provenant des multi-

plicateurs 1030 et 1032. L'un des seconds produits CT, pro-

venant du multiplicateur 1032, est ajouté dans l'additionneur 1012 à l'un des premiers produits CT, à savoir celui provenant du multiplicateur 1010. Le second

- 51 -00

produit CT est ajouté au premier dans l'additionneur 1028.

De cette manière, chaque constante de temps est influencée

par l'écoulement d'air dans le générateur de gaz et le cou-

rant d'air de refroidissement, pour des raisons semblables à celles données ci-dessus pour les constantes de temps des

blocs 398 et 401 en figure 12.

Le fonctionnement du circuit à retard 1050 en figure 29, qui est représenté plus en détail en figure 32, est sensiblement identique à celui de la figure 15, pour la turbine à haute pression, et la discussion précédente faite en liaison avec la figure 15 explique ce fonctionnement. La

sortie du circuit à retard 1050 (figure 29) indique la tem-

pérature réelle de l'enveloppe 744 (figure 1A) et est appli-

quée au bloc 976 de la figure 27, qui est représenté plus en détail en figure 30. Le fonctionnement de la figure 30 est sensiblement identique à celui de la figure 13, lorsqu'on comprend que le bloc 1080 de la figure 30 est indiqué par le bloc en tirets 507 de la figure 13. La discussion précédente faite en liaison avec la figure 13 expliquera le calcul du

déplacement thermique de l'enveloppe (figure 30).

La discussion précédente a expliqué comment le déplacement de l'enveloppe a été calculé sur la base de deux

composantes comprenant le déplacement, à savoir le déplace-

ment par pression et le déplacement thermique.

Les calculs des figures 29, 31 et 33 sont sensi-

blement identiques à ceux des figures 12, 14 et 18, respec-

tivement. En outre, le bloc dynamique 776 (figure 20) du régulateur à la soupape est sensiblement identique à celui de la figure 4, de sorte que la première discussion

s'applique à la seconde.

Plusieurs caractéristiques importantes de la pré-

sente invention sont les suivantes. Tout d'abord, les figures 19 et 34 énumèrent des constantes qui sont utilisées

par les calculs indiqués dans les autres figures.

En second lieu, l'utilisation d'un circuit à

- 52 -

retard tel que 266 en figure 7 a pour effet que la tempéra-

ture calculée d'un composant, telle qu'une enveloppe ou un rotor, imite la température réelle des composants pendant des évènements transitoires. Par conséquent, les points de serrement qui auraient tendance à se produire par ailleurs,

comme on l'a décrit dans le contexte de la présente inven-

tion, sont sensiblement réduits ou éliminés. Une raison en

est que l'imitation donne une information précise des dimen-

sions du composant, qui permet au système de commande de

connaître l'imminence d'un point de serrement, et de termi-

ner ou de réduire en réponse le rétrécissement de l'enveloppe. En troisième lieu, on doit souligner que les figures 4 à 34 représentent une forme de réalisation de

l'invention, et dans le style des organigrammes.

L'organigramme représente un programme d'ordinateur pour

l'emploi d'un ordinateur numérique programmable. Naturelle-

ment, le programme peut être mis en oeuvre dans d'autres façons, par exemple dans un ordinateur analogique ou dans un

ordinateur numérique non programmable.

En quatrième lieu, la présente invention estime la température instantanée, présente, d'un composant de moteur,

tel qu'un rotor ou une enveloppe, sur la base des change-

ments se produisant dans la température à l'état constant qui est attendue pour le composant lorsque le moteur atteint

l'état constant dans les conditions présentes de fonctionne-

ment. Plus précisément, le comportement dans le temps de la température prédite, à l'état constant, permet de déduire la

température instantanée, présente, du composant.

On sait que, comme la température à l'état constant est calculée à partir de conditions sélectionnées de fonctionnement du moteur, telles que celles appliquées aux blocs 107 et 126 de la figure 4, on peut caiculer la température instantanée directement à partir des changements

des conditions de fonctionnement.

- 53 -

En cinquième lieu, la présente invention, en ayant la possibilité de calculer les températures à l'état constant et instantanée des rotors et des enveloppes, peut être considérée comme contenant un modèle mathématique des rotors et des enveloppes. Le modèle donne les températures, et par conséquent les dimensions, de ces composants à diverses conditions de fonctionnement du moteur. En outre, le modèle fait une interpolation entre dimensions, avec un retard ajouté, lorsqu'il y a changement des conditions de

fonctionnement.

En sixième lieu, des circuits à retard, tels que

le circuit 266 en figure 7, ont fait l'objet d'une discus-

sion. Le circuit à retard a pour effet qu'une variable de sortie, sur la ligne 268, suit une variable d'entrée, sur la ligne 270. Cependant, un retard est imposé à la variable qui suit. Par exemple, lorsque la variable d'entrée saute d'une valeur à une autre, la variable de sortie est contrainte à se rapprocher, d'une façon presque asymptotique, de la variable de sortie, avec une vitesse déterminée par la

constante de temps appropriée.

2630500-

-54 -

Claims (39)

REVENDICATIONS

1. Commande de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour calculer les diamètres du rotor (45) et de l'enveloppe (39) de la turbine à l'état constant,

sur la base des mesures des caractéristiques de fonctionne-

ment sélectionnées pour le moteur, et (b) un moyen pour calculer un jeu désiré (33) entre le rotor et l'enveloppe sur la base de la vitesse du moteur.

2. Commande de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour calculer les températures du rotor et de l'enveloppe de la turbine à l'état constant, sur la base de mesures des caractéristiques de fonctionnement sélectionnées pour le moteur; (b) un moyen pour calculer les diamètres du rotor

et de l'enveloppe de la turbine, sur la base des- tempéra-

tures respectives de (a), et (c) un moyen pour calculer un jeu désiré entre le

rotor et l'enveloppe sur la base de la vitesse du moteur.

3. Commande de jeu selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: (d) un moyen (134) pour ajuster la température de l'anneau de renforcement (39) de manière à atteindre le jeu désiré.

4. Commande de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour calculer les températures du rotor et de l'enveloppe de la turbine à l'état constant, sur la base des mesures de caractéristiques de fonctionnement sélectionnées pour le moteur; (b) un moyen pour déduire les températures réelles du rotor et de l'enveloppe de la turbine, sur la base du

- 55 -

comportement des températures de (a; (c) un moyen pour calculer les diamètres du rotor

et de l'enveloppe de la turbine, sur la base des tempéra-

tures réelles respectives de (b); (d) un moyen pour calculer un jeu désiré entre le rotor et l'enveloppe sur la base de la vitesse du moteur; et (e) un moyen pour ajuster la température de

l'anneau de renforcement de manière à obtenir le jeu désiré.

5. Commande de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend:

(a) un moyen pour calculer des premières tempéra-

tures du rotor et de l'enveloppe de la turbine à l'état constant, sur la base des mesures de caractéristiques de fonctionnement sélectionnées pour le moteur;

(b) un moyen pour modifier les premières tempéra-

tures, sur la base du comportement respectif des premières températures; (c) un moyen pour calculer les diamètres du rotor

et de l'enveloppe de la turbine, sur la base des tempéra-

tures modifiées de (b); (d) un moyen pour calculer un jeu désiré entre le rotor et l'enveloppe sur la base de la vitesse du moteur; et (e) un moyen pour ajuster la température de

l'enveloppe de manière à obtenir le jeu désiré.

6. Commande de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour calculer la température du rotor de la turbine à l'état constant et la température de l'enveloppe à l'état constant, sur la base de mesures des caractéristiques de fonctionnement sélectionnées pour le moteur; et (b) un moyen pour estimer les températures_ réelles du rotor et de l'enveloppe de la turbine, sur la base du

- 56 -

comportement des températures respectives de (a).

7. Commande de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour calculer une valeur désirée pour le jeu entre le rotor de la turbine et son enveloppe; (b) un moyen pour calculer la température de l'âme (45B) du rotor de la turbine et la température de l'alésage (45c) du rotor de la turbine (désignées respectivement par TALEC et TAMEC), qui existeraient lors d'un fonctionnement à l'état constant, sur la base de: (1) la vitesse du générateur de gaz;

(2) la température au refoulement du compres-

seur; et

(3) la pression au refoulement du compres-

seur;

(c) un moyen pour déduire les températures pré-

sentes de l'âme et de l'alésage, sur la base du comportement dans le temps de TALEC et TAMEC; (d) un moyen pour déduire le déplacement du rotor de la turbine par rapport à sa position à froid, sur la base de: (1) les températures présentes de l'âme et de l'alésage; (2) la température présente des aubes de la turbine; et (3) la croissance centrifuge de l'âme et de l'alésage; (e) un moyen pour calculer la température (TECET), qui existerait lors d'un fonctionnement à l'état constant, de l'enveloppe de la turbine; (f) un moyen pour déduire la température présente de l'enveloppe de la turbine, sur la base du compartiment dans le temps de TECET; (g) un moyen pour calculer le déplacement de l'enveloppe par rapport à sa position à froid, sur la base

_ -7 _ 263050O

-57- de la température présente de (f) et de la pression à

l'intérieur de l'enveloppe; -

(h) un moyen pour calculer un déplacement demandé pour l'enveloppe, sur la base: (1) du jeu désiré; (2) du déplacement du rotor de la turbine; et (3) d'un facteur de correction pour le jeu à froid;

(i) un moyen pour exprimer les écarts du déplace-

ment réel de l'enveloppe par rapport à son déplacement demandé.

8. Commande de jeu qui contrôle une soupape appli-

quant de l'air à une enveloppe de turbine de manière à en

provoquer la contraction, caractérisée en ce qu'elle com-

prend: (a) un moyen pour détecter une salve de papillon; et

(b) un moyen pour réduire le débit de l'air tra-

versant la soupape en réponse.

9. Commande jeu dans un moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen de prédiction afin de prédire les déplacements à l'état constant du rotor de la turbine et de son enveloppe par rapport à leurs positions respectives à froid, sur la base des conditions d'un courant d'air et de la vitesse du moteur; et (b) un moyen d'estimation afin d'estimer les déplacements réels, transitoires, du rotor et de l'enveloppe sur la.base du comportement des déplacements prédits à

l'état constant.

10. Commande selon la revendication 9, caractéri-

sée en ce que le moyen d'estimation comprend un premier moyen pour ajuster par incréments les déplacements estimés en réponse à des variations dans les déplacements prédits à

- 58 -

l'état constant.

11. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend une étape consistant à: (a) calculer les variations du diamètre du rotor sur la base de sa croissance centrifuge et de sa dilatation thermique.

12. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend l'étape consistant à: (a) estimer la température du rotor de la turbine sur la base de la durée pendant laquelle le moteur a été arrêté.

13. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend l'étape consistant à: (a) estimer la température présente d'un composant du moteur sur la base du comportement d'une température qui existerait dans le composant à l'état constant dans les

conditions présentes de fonctionnement.

14. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend l'étape consistant à: (a) calculer les changements dans le diamètre d'un rotor de turbine sur la base de variations de température

dans deux zones du rotor.

15. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend l'étape consistant à: (a) calculer les changements des dimensions d'une enveloppe de turbine, sur la base de la pression et de la

température de l'air à l'intérieur de celle-ci.

16. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend l'étape consistant à:

-59 - 2630500

- 59 -

(a) calculer les changements des dimensions des supports pour une enveloppe de turbine sur la base de la température.

17. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, qui comprend un courant d'air de refroidisse- ment de l'enveloppe de la turbine, caractérisée en ce qu'elle comprend l'étape consistant à: (a) calculer les changements des dimensions de l'enveloppe sur la base:

(1) de la quantité de l'air de refroidisse-

ment; (2) de la quantité de l'écoulement dans le générateur de gaz; (3) de la température du courant d'air de refroidissement; et (4) de la température de l'écoulement dans le

générateur de gaz.

18. Commande active numérique de jeu pour moteur à

turbine à gaz, qui comprend un écoulement d'air de refroi-

dissement de son enveloppe, caractérisée en ce qu'elle com-

prend l'étape consistant à: (a) calculer les changements des dimensions de l'enveloppe sur la base: (1) des débits d'un ou de plusieurs courants d'air à proximité de l'enveloppe, et

(2) des températures des courants d'air.

19. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à: (a) calculer des changements dimensionnels d'un composant sur la base de la température et du coefficient de dilatation thermique de ce composant; et

(b) modifier le coefficient sur la base de la tem-

pérature.

20. Commande active numérique de jeu pour moteur à

- 60 -

turbine à gaz, dans lequel un courant d'air est canalisé

jusqu'à une enveloppe de la turbine dans un conduit renfer-

mant une soupape, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à: (a) calculer le débit maximum attendu dans la conduite lorsque la soupape est totalement ouverte, sur la base d'une chute de la pression dans la conduite et de la vitesse du son dans l'air de la conduite; et (b) calculer le débit réel dans la conduite sur la

base du débit maximum de (a) et la position de la soupape.

21. Commande active numérique de jeu pour moteur à double flux, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à:

(a) refroidir une enveloppe de turbine en utili-

sant le soutirage d'une soufflante; et (b) cesser le refroidissement s'il se produit un

type prédéterminé de mauvais fonctionnement.

22. Commande active numérique de jeu pour rotor et

enveloppe de turbine dans un moteur à turbine à gaz, carac-

térisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à: (a) fournir un signal représentatif des variations dimensionnelles d'un rotor de turbine qui se produisent presque instantanément avec l'accélération du rotor; et (b) lorsque le signal indique que les variations

dimensionnelles dépassent une limite, permettent la dilata-

tion de l'enveloppe de la turbine.

23. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à: (a) calculer une première température estimée à l'état constant d'un composant du moteur sur la base des conditions de fonctionnement de celui-ci; et (b) lorsqu'il se produit des changements dans la température estimée à l'état constant, faire en sorte qu'une

variable se rapproche par incréments de la première tempéra-

- 61 -

ture.

24. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz qui contient un rotor de turbine comportant un disque et des aubes, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à: (a) calculer le déplacement du rotor par rapport à ses dimensions à froid, sur la base: (1) du déplacement thermique du disque; (2) du déplacement centrifuge du disque; et

(3) du déplacement thermique des aubes.

25. Commande selon la revendication 24, caractéri-

sée en ce que le déplacement thermique des aubes est calculé sur la base des températures de l'air de refroidissement les

traversant et des gaz circulant entre elles.

26. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend:

(a) un moyen pour fournir un premier signal repré-

sentatif de la température d'un rotor de turbine.basé sur des paramètres de fonctionnement sélectionnés pour le moteur;

(b) un moyen pour fournir un second signal repré-

sentatif de la température du rotor lorsque le moteur ne fonctionne pas; et (c) un moyen pour sélectionner le premier signal pour le calcul des dimensions du rotor lorsque le moteur fonctionne et pour sélectionner le second signal pour le

calcul des dimensions du rotor lorsque le moteur ne fonc-

tionne pas.

27. Commande selon la revendication 26, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend en outre un moyen pour calculer

les dimensions du rotor sur la base de la température sélec-

tionnée.

28.-Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée à ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour prédire la température à l'état

- 62 -

constant qu'un disque de la turbine atteindra à l'état constant, sur la base de conditions présentes sélectionnées pour le fonctionnement; (b) un moyen pour estimer la température réelle du disque sur la base du comportement dans le temps de la tem- pérature à l'état constant, et en ce qu'elle comprend en outre:

(1) un moyen à retard qui a pour effet que la tem-

pérature réelle estimée est en retard sur la température à

l'état constant.

29. Commande active numérique de jeu pour moteur à

turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: -

(a) un moyen pour fournir au moins une constante de temps à partir de laquelle le comportement d'un composant du moteur en fonction de la température peut être déduit; et (b) un moyen pour modifier la constante de temps en réponse à des changements de paramètres de fonctionnement du moteur, paramètres qui comprennent la vitesse du moteur, la pression et la température de l'air' en contact avec le composant.

30. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un modèle de transfert de la chaleur, à partir duquel on peut estimer la température d'un composant du moteur sur la base: (1) d'une ou de plusieurs constantes de temps; et (2) des changements d'un premier groupe de paramètres de fonctionnement du moteur qui comprennent la

vitesse du moteur et la température au refoulement du com-

presseur; (b) un moyen pour ajuster les constantes de temps sur la base des changements d'un second groupe de paramètres de fonctionnement du moteur, qui comprennent la vitesse du

- 63 -

moteur et la température et la pression de l'air en contact

avec le composant.

31. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour calculer la température à l'état constant qui sera atteinte par un composant du moteur, sur la base de paramètres de fonctionnement sélectionnés pour le moteur qui se produisent présentement; et (b) un moyen pour estimer la température présente du composant, qui comprend un circuit à retard pour faire en sorte qu'une variable poursuive et soit en retard sur la

température à l'état constant.

32. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend:

(a) un modèle de transfert de la chaleur qui cal-

cule la température et les dimensions qui seront atteintes à l'état constant pour chacune des deux parties d'un disque de turbine; et (b) un moyen pour estimer la température présente

sur la base des changements des températures de (a).

33. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour estimer la température présente d'une enveloppe de turbine; et (b) un moyen pour calculer les dimensions de l'enveloppe sur la base de la température présente, de son coefficient de dilatation thermique, et d'une pression

régnant dans son intérieur.

34. Commande selon la revendication 33, caractéri-

sée en ce qu'elle comprend en outre un moyen pour modifier le coefficient de dilatation thermique sur la base de la

température de l'enveloppe.

35. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour estimer la température de

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l'enveloppe de la turbine sur la base des températures des courants d'air proches de l'enveloppe; et (b) un moyen pour calculer les dimensions de

l'enveloppe sur la base de sa température.

36. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un modèle de transfert de la chaleur à partir duquel la température de l'enveloppe de la turbine peut être estimée sur la base: (1) d'une ou de plusieurs constantes de temps; et (2) des changements dans un premier groupe de paramètres de fonctionnement du moteur qui comprennent la

vitesse du moteur et la température au refoulement du com-

presseur; (b) un moyen pour ajuster les constantes de temps sur la base du changement du courant d'air traversant le moteur.

37. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour fournir des données concernant la température de l'enveloppe de la turbine; et (b) un moyen pour calculer le déplacement de l'enveloppe par rapport à sa position à froid sur la base de la température et du coefficient de dilatation thermique de l'enveloppe.

38. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un moyen pour calculer une température à l'état constant (TEC) pour un composant du moteur; et (b) un moyen pour estimer la température présente du composant sur la base de changements se produisant dans TEC.

39. Commande active numérique de jeu pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend:

C6JV0U

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(a) un moyen pour calculer, sur la base de condi-

tions choisies pour le fonctionnement du moteur, une tempé-

rature à l'état constant (TEC) qui sera atteinte par un com-

posant.du moteur; et (b) un moyen pour estimer la température présente du composant sur la base du changement se produisant dans

les conditions de fonctionnement.