FR2998049A1 - Procede et systeme d'estimation de debit d'air preleve sur un moteur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'estimation en temps réel d'un débit d'air prélevé sur un moteur d'aéronef par un système de prélèvement d'air, comportant : - des moyens d'acquisition (33) pour acquérir à des instants successifs de mesures de grandeurs physiques de température, de pression et de perte de charge, spécifiques au système de prélèvement d'air, - des moyens de calcul (35) pour évaluer à chaque instant courant desdits instants successifs une première estimation courante du débit d'air prélevé sur le moteur d'aéronef (39) en fonction desdites mesures de grandeurs physiques, -des moyens de calcul (35) pour calculer audit instant courant une erreur courante (EW) de débit engendrée par des imprécisions relatives auxdites mesures de grandeurs physiques, et -des moyens de calcul (35) pour corriger audit instant courant la première estimation courante du débit d'air en lui soustrayant ladite erreur courante de débit déterminant ainsi une seconde estimation courante (W2) du débit d'air.

Description

PROCÉDÉ ET SYSTÈME D'ESTIMATION DE DÉBIT D'AIR PRÉLEVÉ SUR UN MOTEUR DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne l'évaluation de débit d'air prélevé sur un moteur d'aéronef dont la connaissance permet d'assurer la bonne opérabilité du moteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE De façon connue, un aéronef a besoin de prélever de l'air sur au moins un moteur pour par exemple pressuriser sa cabine ou dégivrer ses ailes. Or, le prélèvement de l'air a un impact sur le pilotage du moteur et donc sur la régulation en débit de carburant. En effet, le débit d'injection du carburant doit être augmenté en cas de prélèvement d'air pour pouvoir assurer la même poussée du moteur. On notera que la régulation du débit d'injection de carburant est assurée par une boucle de régulation qui vise à s'assurer que le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion, en phase d'accélération ou de décélération, ne dépasse pas une certaine valeur limite au- delà de laquelle un dysfonctionnement du moteur peut être rencontré. En effet, pour opérer un moteur d'aéronef et plus particulièrement son compresseur haute pression HP, on implémente une valeur seuil de protection appelée butée d'accélération.

La butée d'accélération est déterminée à partir de limites portant sur le ratio C/P, du débit carburant C injecté dans la chambre de combustion sur la pression statique Pc mesurée en sortie de la chambre de combustion. Ces limites sont fixées, de façon connue en soi, pour se préserver d'un pompage en accélération et d'une extinction du moteur en décélération.

Les Figs. 8A-8D représentent les variations du ratio C/13, en fonction du régime normalisé XN du compresseur selon différentes configurations. Sur la Fig. 8A, la courbe LP représente la ligne de pompage du moteur et ZP la zone dans laquelle un risque de pompage existe. La courbe B représente la butée d'accélération et la courbe LE (en pointillés) représente la ligne de fonctionnement. La courbe TA représente une trajectoire d'accélération requise par le moteur. Cette représentation dans le plan (C/PC, XN) permet d'avoir une image du fonctionnement intrinsèque du compresseur HP grâce à des paramètres C/Pc et XN mesurables. En particulier, la butée d'accélération B traduit le pilotage et la protection du compresseur contre le pompage. Cependant, les prélèvements d'air sur le compresseur HP modifient la représentation dans le plan (C/P, XN) comme illustré sur la Fig. 8B. En effet, la Fig. 8B montre que pour maintenir la puissance, les prélèvements d'air sont compensés par plus de carburant dans la chambre de combustion, ce qui fait monter la ligne de fonctionnement LE et la ligne de pompage en C/Pc. En revanche, la butée d'accélération B qui est calculée en fonction du régime normalisé XN reste indépendant des prélèvements d'air. En conséquence, l'écart entre la ligne de fonctionnement LE et la butée d'accélération B se réduit proportionnellement au prélèvement d'air. Ainsi, la marge entre la ligne de fonctionnement LE et la ligne de butée B représentant la capacité du moteur à accélérer est dégradée lors des prélèvements d'air. On risque même d'avoir un dévissage sur le moteur qui peut aller jusqu'à son extinction. Il est donc nécessaire de recalculer la butée B pour être en concordance avec le nouvel état du compresseur engendré par le prélèvement d'air afin de conserver une bonne marge d'accélération. Toutefois, il est important de ne pas surestimer le débit d'air prélevé pour ne pas sur-corriger la butée B. En effet, la Fig. 8C représente les différentes courbes dans le plan (C/P, XN) selon une situation de surestimation du débit d'air prélevé.

Une première trajectoire d'accélération TA1 montre la limite d'accélération requise par le moteur et une deuxième trajectoire d'accélération TA2 montre la limite d'accélération engendrée par la surestimation du débit d'air. La courbe Bo représente l'ancienne butée d'accélération. Cette figure montre que la surestimation du débit d'air conduit à une butée B d'accélération trop rehaussée pouvant entrer dans la zone de pompage ZP. Ainsi, une surestimation du débit prélevé peut conduire à une perte de la protection de pompage lors d'une accélération (courbe TA2). Par ailleurs, la Fig. 8D montre qu'une sous-estimation du débit prélevé va dans le même sens qu'une absence de correction de la butée B. La sous-estimation du débit d'air conduit à une butée B pas suffisamment rehaussée, encore trop proche de la ligne de fonctionnement LE. Comme le moteur a besoin d'augmenter l'injection du carburant afin de maintenir le même régime moteur, on risque de faire dévisser le moteur (courbe d'accélération TA3). Ainsi, l'opérabilité du moteur ne peut être assurée qu'avec une bonne connaissance des prélèvements d'air effectués sur ce moteur. On notera que dans le cadre d'un moteur pour un avion de ligne classique, les prélèvements d'air sont déterminés en fonction de l'altitude à partir des tables de consignes fournies par l'avionneur. En revanche, dans le cadre d'une nouvelle génération de moteurs et d'aéronefs, il n'est pas possible de préétablir une table de débit d'air. En effet, les nouveaux moteurs optimisent le rendement du compresseur et diminuent la consommation du carburant et cela nécessite une meilleure précision sur l'estimation du niveau de prélèvement d'air. En outre, afin d'éviter des modes de dysfonctionnement commun entre des moteurs sur un même aéronef, les données utilisées par ces types de moteurs sont de plus en plus indépendantes de celles de l'aéronef. De même, pour les nouveaux aéronefs, les besoins de prélèvement d'air pour le dégivrage se sont complexifiés et multipliées. Dans ces cas, le débit d'air prélevé sur le moteur est calculé selon un modèle analytique. En outre, les exigences des avionneurs concernant les poussées au ralenti sur certains moteurs de nouvelle génération conduisent à de nouvelles contraintes de marge au blocage/dévissage pour pouvoir aller chercher des ralentis avec des poussées de plus en plus faibles. Une des contraintes principales sur ce besoin de marge au blocage est liée à la méconnaissance des prélèvements d'air réels sur le moteur. Ce problème est encore accentué dans le cadre des moteurs pour lesquels les spécificités de l'avion conduisent à des besoins très variables pour le dégivrage des ailes.

Le manque de précision sur la connaissance du débit d'air prélevé peut ainsi avoir un impact sur l'opérabilité du moteur. L'objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé et un système d'estimation avec précision et en temps réel du débit d'air prélevé sur le moteur permettant une amélioration de l'opérabilité du moteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par un procédé d'estimation en temps réel du débit d'air prélevé sur un moteur d'aéronef par un système de prélèvement d'air du moteur, comportant les étapes suivantes : - acquisition à des instants successifs de mesures de grandeurs physiques de température, de pression et de perte de charge, spécifiques au système de prélèvement d'air, - évaluation à chaque instant courant desdits instants successifs d'une première estimation courante du débit d'air prélevé sur le moteur d'aéronef en fonction desdites mesures de grandeurs physiques, - calcul audit instant courant d'une erreur courante de débit engendrée par des imprécisions relatives auxdites mesures de grandeurs physiques, et - correction audit instant courant de la première estimation courante du débit d'air en lui soustrayant ladite erreur courante de débit déterminant ainsi une seconde estimation courante du débit d'air. Le procédé permet de corriger en temps réel l'évaluation de la première estimation courante du débit d'air en ne surestimant jamais la valeur du débit d'air prélevée. Ceci permet de décaler au maximum la butée de régulation sans prendre le risque de pompage lors d'un prélèvement d'air sur le moteur. Avantageusement, ladite erreur courante de débit est calculée selon une somme quadratique d'erreurs courantes individuelles relatives à chacune desdites mesures. Ceci permet de calculer l'erreur courante de débit de manière simple et précise sachant que la somme quadratique est justifiée par le fait que les différentes mesures sont toutes indépendantes les unes des autres et qu'elles sont entachées par des erreurs distribuées suivant une loi normale. Avantageusement, le procédé comporte une consolidation desdites mesures de grandeurs physiques avant l'évaluation de ladite première estimation courante du débit d'air. Ceci permet de s'assurer de la validité des mesures avant de les utiliser pour évaluer le débit d'air prélevé sur le moteur. Avantageusement, le procédé comporte une détermination audit instant courant d'une troisième estimation courante du débit d'air en sélectionnant la valeur la plus grande entre ladite seconde estimation courante du débit d'air et une donnée courante de débit d'air minimale définie à partir des tables de débit prédéterminées. Ceci permet de ne pas trop sous estimer le débit au cas où la première estimation est dispersée bas. Avantageusement, le procédé comporte une détermination audit instant courant d'une quatrième estimation courante du débit d'air en augmentant ladite troisième estimation courante du débit d'air par une valeur courante supplémentaire de débit d'air nacelle antigivrage prélevé sur le moteur. Ceci permet de corriger davantage l'estimation courante du débit d'air. Avantageusement, la perte de charge est mesurée aux bornes d'un échangeur thermique dudit système de prélèvement d'air. Ceci permet d'augmenter la précision de l'évaluation du débit d'air sachant que l'échangeur thermique présente la perte de charge la plus grande. On notera qu'on peut aussi mesurer la perte de charge aux bornes d'un dispositif déprimogène (par exemple, un venturi ou un diaphragme) positionné en amont ou en aval de l'échangeur thermique. L'invention vise aussi un procédé de contrôle d'un moteur d'aéronef, comportant un ajustement d'une valeur seuil courante de débit carburant dudit moteur en tenant compte de la seconde ou la troisième ou la quatrième estimation courante du débit d'air de manière à conserver une marge d'accélération.

Ceci permet de corriger en temps réel la butée de régulation sans prendre le risque de pompage et selon différentes précisions. L'invention vise également un dispositif d'estimation en temps réel d'un débit d'air prélevé sur un moteur d'aéronef par un système de prélèvement d'air, comportant : - des moyens d'acquisition pour acquérir à des instants successifs de mesures de grandeurs physiques de température, de pression et de perte de charge, spécifiques au système de prélèvement d'air, - des moyens de calcul pour évaluer à chaque instant courant desdits instants successifs une première estimation courante du débit d'air prélevé sur le moteur d'aéronef en fonction desdites mesures de grandeurs physiques, - des moyens de calcul pour calculer audit instant courant une erreur courante de débit engendrée par des imprécisions relatives auxdites mesures de grandeurs physiques, et - des moyens de calcul pour corriger audit instant courant la première estimation courante du débit d'air en lui soustrayant ladite erreur courante de débit déterminant ainsi une seconde estimation courante du débit d'air. L'invention vise aussi un calculateur de contrôle d'un moteur d'aéronef configuré pour implémenter le procédé d'estimation selon les caractéristiques ci-dessus. L'invention vise aussi un moteur d'aéronef comportant le dispositif d'estimation selon les caractéristiques ci-dessus. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La Fig. 1 illustre de manière schématique un système de prélèvement d'air d'un moteur d'aéronef, selon l'invention ; La Fig. 2 illustre de manière schématique un procédé et un dispositif d'estimation en temps réel du débit d'air prélevé sur le moteur, selon l'invention ; La Fig. 3 est un graphique montrant les erreurs commises en fonction du débit d'air prélevé ; La Fig. 4 est un schéma-bloc illustrant un procédé de calcul d'une erreur courante de débit, selon l'invention ; La Fig. 5 est un schéma-bloc illustrant des étapes d'estimations en temps réel du débit d'air prélevé sur le moteur, selon différents modes de réalisation de l'invention ; La Fig. 6 est un graphique montrant des corrections réalisées sur l'estimation du débit d'air, selon l'invention ; La Fig. 7 est un graphique montrant une autre correction apportée sur l'estimation du débit d'air, selon l'invention ; et Les Figs. 8A-8D représentent les variations de la butée d'accélération en fonction du régime du moteur.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le concept à la base de l'invention consiste à calculer l'erreur en temps réel de la mesure de débit d'air prélevé sur le moteur d'aéronef afin de bien corriger la butée d'accélération et par conséquent, d'améliorer l'opérabilité et la protection du moteur.

La Fig. 1 illustre de manière schématique un système de prélèvement d'air d'un moteur d'aéronef, selon l'invention. Le système de prélèvement d'air « BAS » (Bleed Air System) 1 est compris dans le système propulsif (moteur et nacelle) de l'aéronef et vise à prélever l'air sur le compresseur 3 haute pression HP du moteur pour le délivrer ensuite à l'aéronef ou à l'entrée du moteur. En effet, le système de prélèvement d'air (BAS) 1 comporte un circuit 5 de distribution d'air comprenant des vannes 7a-7f, des capteurs 9a-9f, un échangeur thermique 11, et un ensemble de canaux 13 reliant des premier et deuxième ports 15a, 15b de prélèvement d'air sur le compresseur 3 HP à d'une part un système de distribution pneumatique 17 de l'aéronef et d'autre part à une nacelle anti-givrage 19 du moteur. Le premier port 15a de prélèvement d'air est un port de haute pression (dit port HP) du compresseur 3 tandis que le deuxième port 15b de prélèvement d'air est un port de pression intermédiaire (dit port IP) du compresseur 3.

Une première vanne 7a, dite vanne « HPV » (High Pressure Valve, ou vanne de haute pression), est montée sur une première branche (canal 13a) du circuit 5 dont l'une des extrémités est connectée au port HP du compresseur 3. Une deuxième vanne 7b, dite vanne « IPCV » (1ntermediate Port Check Valve, ou vanne passive) est montée sur une deuxième branche (canal 13b) du circuit 5 dont l'une des extrémités est connectée au port IP du compresseur 3. Les autres extrémités des première 13a et deuxième 13b branches sont connectées via une troisième vanne 7c, dite vanne PRSOV (Pressure Shut Off Valve, ou vanne d'isolement de pression) à l'entrée de l'échangeur thermique 11 de pré-refroidissement « PCE » (Precooler).

On notera que la vanne PRSOV 7c peut être commandée pour saturer le niveau de pression à l'interface aéronef ou pour couper la livraison d'air à l'aéronef. La sortie de l'échangeur thermique PCE 11 est connecté via une quatrième vanne 7d, dite vanne « BASOV » (Bleed Air Shut Off Valve, ou vanne de coupure de prélèvement) au système de distribution pneumatique 17 de l'aéronef.

Par ailleurs, la deuxième branche 13b du circuit 5 est aussi connectée via une cinquième vanne 7e, dite vanne « NAIV » (Nacelle Anti Ice Valve, ou vanne anti-givrage) à la nacelle anti givrage 19 de l'entrée du moteur. La vanne NA1V 7e est destinée à commander l'activation du dégivrage de l'entrée d'air du moteur et est surveillée par un premier capteur 9a de pression, dit capteur-PNAI.

On notera que la vanne HPV 7a en conjonction avec la vanne IPCV 7b permettent de définir le port 15a, 15b de prélèvement d'air. Ainsi, lorsque la vanne HPV 7a est ouverte, l'air est prélevé sur le port 15a (port HP) et la vanne IPCV 7b est fermée par la pression. A l'inverse, lorsque la vanne HPV 7a est fermée, l'air est prélevé sur le port 15b (port IP). En outre, un deuxième capteur 9b de pression, dit capteur-PHPV, est monté sur la première branche 13a pour surveiller la vanne HPV 7a. L'échangeur 11 thermique air/air PCE est un radiateur qui permet de réguler la température de l'air à l'interface de l'aéronef. En effet, le PCE 11 est connecté via une sixième vanne 7f « FAV » (Fan Air Valve, ou vanne d'air de la soufflante) à un autre circuit 21 d'air prélevant de l'air sur la soufflante (Fan) 23 du moteur et le rejetant sur un port de sortie 25 de la nacelle. La vanne FAV 7f permet de moduler le débit d'air prélevé sur la soufflante 23 afin de refroidir l'air dans le circuit 5 de distribution destiné à l'aéronef. En outre, d'autres capteurs sont installés dans le système 1 de prélèvement d'air (BAS) pour mesurer des grandeurs physiques spécifiques au prélèvement d'air. En particulier, une paire de troisièmes capteurs 9c de pression différentielle, dits capteurs- DPBAS sont connectés aux bornes du PCE 11 pour mesurer la perte de charge selon deux voies indépendantes. On notera que le fait de mesurer la perte de charge à l'endroit où elle est la plus grande (i.e. dans le PCE) permet d'augmenter la précision de l'estimation de débit d'air prélevé.

En outre, trois capteurs de température 9d, 9e, dits capteurs-TBAS, sont montés à l'aval (i.e. à la sortie) du PCE 11 pour mesurer et surveiller la température de l'air à l'interface de l'aéronef. Finalement, un quatrième capteur de pression 9f simplex, dit capteur-PBAS, est monté aussi à l'aval du PCE 11 pour mesurer la pression à la sortie du PCE 11 et surveiller le bon fonctionnement de la vanne PRSOV 7c à l'interface de l'aéronef. La Fig. 2 illustre de manière schématique un dispositif d'estimation en temps réel du débit d'air prélevé sur le moteur, selon l'invention. La Fig. 2 illustre également le procédé d'estimation en temps réel du débit d'air, selon l'invention. Le dispositif d'estimation 31 est un module numérique comprenant des moyens d'acquisition 33 et des moyens de calcul 35, intégré à un calculateur 37 de régulation ou de contrôle (par exemple le FADEC) d'un moteur 39 d'aéronef. Plus particulièrement, le dispositif d'estimation 31 comporte un programme d'ordinateur conforme à l'invention comprenant des instructions de code adaptées à la mise en oeuvre des étapes du procédé d'estimation selon l'invention, stocké par exemple dans une mémoire du calculateur 37 de contrôle du moteur 39. Les moyens d'acquisition 33 sont configurés pour acquérir à des instants successifs les mesures de grandeurs physiques de température et de pression spécifiques au système de prélèvement d'air (BAS) 1 permettant d'estimer le débit d'air massique. Ces mesures comportent des mesures initialement destinées à surveiller le système BAS 1, en particulier, les mesures de température T fournies par les capteurs 9e, 9d de température et les mesures de pression P fournies par le capteur 9f de pression. Elles comportent également des mesures de perte de charge ZIP aux bornes de l'échangeur thermique (PCE) 11 fournies par les capteurs 9c de pression différentielle.

On notera que des essais expérimentaux d'étalonnage réalisé sur l'échangeur PCE 11 ont permis d'établir une formule empirique exprimant le débit massique W de prélèvement d'air en fonction de la perte de charge AP dans le PCE 11, la température T à la sortie du PCE 11 et la pression P à la sortie du PCE 11, selon la formule suivante : P+3'1' k x = AP x 2 (1) les paramètres a et k sont des constantes expérimentales déterminées à partir des essais d'étalonnage réalisés sur l'échangeur PCE 11. Ainsi, afin d'estimer le débit massique en temps réel, les moyens de calcul 35 estiment à chaque instant courant des instants successifs une première estimation courante W1 du débit d'air massique prélevé sur le moteur 39 d'aéronef en fonction des mesures de perte de charge AP, de pression P et de température T recueillies par les moyens d'acquisition 33, selon la formule suivante : W1= (P + -2) xLXP T x k (2) Comme décrit précédemment en référence aux Figs. 8A-8D, une surestimation du débit d'air conduit à une perte de la protection contre le pompage. Ainsi, il est important de calculer le débit d'air avec une précision suffisante pour ne pas entrer dans la zone de pompage lors d'une accélération.

Toutefois, les mesures sont entachées par des erreurs dues à des imprécisions Ep, ET, Ep, et ek relatives aux mesures de pression P, de température T, de perte de charge AP et de la constante expérimentale k respectivement. En effet, la Fig. 3 montre de manière très schématique les erreurs commises sur la mesure de débit en fonction du débit d'air prélevé. La courbe pleine Cl représente l'erreur commise sur l'estimation de débit d'air et la courbe en pointillé C2 indique la tolérance maximale permise au-delà de laquelle on entre dans la zone de pompage. Ces courbes sont données ici de manière très schématique et à titre indicatif et dépendent bien entendu des spécificités du moteur.

On notera qu'à faible débit (i.e. inférieur à environ 15kg/min), l'erreur commise sur l'estimation de débit est assez élevée et dépasse la courbe de tolérance C2. En outre, la variation de la courbe d'erreur Cl par rapport à la courbe de tolérance C2 ne permet pas d'exprimer l'erreur de mesure par une simple constante ou par une simple loi en fonction du débit.

Ce problème est résolu par la présente invention en estimant en temps réel l'erreur sur le débit causée par chaque mesure utilisée dans le calcul de débit. En effet, les moyens de calcul 35 sont en outre configurés pour calculer à chaque instant courant une erreur courante de débit engendrée par les imprécisions Ep, ET, Ep, et sk selon l'exemple illustré par le schéma-bloc de la Fig. 4.

Les blocs Bl-B3 sont des entrées représentant les mesures de perte de charge AP, de pression P et de température T respectivement. En outre, les blocs B4-B7 sont des entrées représentant les imprécisions Ep, Ep, ET, et ek respectivement. Les moyens de calcul 35 évaluent d'abord les erreurs courantes individuelles relatives à chacune des mesures. Ceci peut être réalisé en estimant l'erreur courante individuelle commise sur le produit k X Wf par chaque imprécision de mesure selon un développement limité à l'ordre 1 ou selon un simple développement de la formule de calcul du débit. Plus particulièrement, les blocs B8-B13 concernent le calcul d'erreur courante individuelle EAp relative à la perte de charge AP.

Au bloc B8, on divise la perte de charge AP du bloc B1 par 2. Au bloc B9, on ajoute le résultat du bloc B8 à la pression P du bloc B2. Au bloc B10, on multiplie le résultat du bloc B9 par 2. Au bloc B11, on calcule le quotient entre l'imprécision Epp du bloc B4 et le résultat du bloc B10. Au bloc B12, on calcule le quotient entre l'imprécision eAp du bloc B4 et la perte de charge AP du bloc B1. Au bloc B13, on fait l'addition entre les résultats des blocs B11 et B12. Ainsi, à la sortie du bloc B13, on a l'erreur courante individuelle Epp relative à la perte de charge commise sur le produit k X le selon l'expression suivante : EAp E41) = (E3'PX kWia 2(AP-I--2-') 2 Les blocs B8, B9 et B14 concernent le calcul d'erreur courante individuelle Ep relative à la pression P. Au bloc B8, on divise la perte de charge AP du bloc B1 par 2. Au bloc B9, on ajoute le résultat du bloc B8 à la pression P du bloc B2. Au bloc B14, on calcule le quotient entre l'imprécision Ep du bloc B5 et le résultat du bloc B9. Ainsi, à la sortie du bloc B14, on a l'erreur courante individuelle Ep relative à la pression commise sur le produit k X Wia selon l'expression suivante : Ep Ep = X kWia P+7 Au bloc B15, on estime l'erreur courante individuelle ET relative à la température en calculant le quotient entre l'imprécision ET du bloc B6 et la température T du bloc B3.

A la sortie du bloc B15, on a l'erreur courante individuelle ET relative à la température commise sur le produit k X Wa selon l'expression suivante : ET -E:-E X kWice Finalement, à la sortie du bloc B7, on a l'erreur courante individuelle Ek relative à la constante k commise sur le produit k x W1" selon l'expression suivante : Ek = Ek X kWia Avantageusement, l'erreur courante de débit Ew est calculée selon une somme quadratique des erreurs courantes individuelles relatives à chacune des mesures. La somme quadratique est justifiée par le fait que les différentes mesures sont toutes indépendantes les unes des autres et qu'elles sont entachées par des erreurs distribuées suivant une loi normale. Ainsi, on calcule aux blocs B16-B19 le carré de chacune des sorties des blocs B13, B14, B15 et 87 respectivement. Au bloc B20, on calcule la somme des sorties des blocs B16-B19, et finalement au bloc B21 on calcule la racine carrée de la sortie du bloc B20. A la sortie du bloc B20, on a alors l'erreur courante de débit Ew qui peut s'exprimer en pourcentage du produit kW" selon la formule suivante : Ew = E (3) 2 2 1: EAP 2 1p) + (12 (EAP P+- ,m) 2 (p+A2p) '..k X kW 2 Il est ainsi possible d'estimer à chaque pas de temps l'erreur maximum courante susceptible d'être commise sur le produit k x A titre d'exemple, l'imprécision ep sur la pression est de l'ordre de 0,3 bar ; l'imprécision ET sur la température est de l'ordre de 10K; l'imprécision Epp sur la perte de charge est de l'ordre de 0,11 psi ; et l'imprécision Ek sur la constante expérimentale k est de l'ordre de 10%. Ensuite, cette erreur de mesure courante est retranchée par les moyens de calcul au produit kWla calculé à l'aide de la formule (1). Après division par la constante k et calcul de la racine a - ième, on obtient alors une seconde estimation courante du débit d'air W2 qui ne surestime jamais le débit réel. Autrement dit, les moyens de calcul 35 corrigent à chaque instant courant la première estimation courante du débit d'air W1 en lui soustrayant l'erreur courante de débit pour évaluer la seconde estimation courante du débit d'air W2. Ainsi, si la première estimation courante du débit W1 est dispersée haute, la correction abaisse le débit à sa valeur nominale permettant de garantir la non surestimation de débit et donc d'assurer la protection du moteur vis-à-vis du phénomène de pompage. La Fig. 5 illustre un schéma-bloc des estimations en temps réel du débit d'air prélevé sur le moteur, selon des modes avantageux de réalisation de l'invention.

Les opérations décrites par le schéma bloc sont implémentées par le dispositif d'estimation intégré dans le calculateur 37 contrôlant le moteur 39. Le bloc B31 concerne l'acquisition par le calculateur 37, des mesures spécifiques au moteur 39 et plus particulièrement au système 1 de prélèvement d'air BAS. En général, chaque mesure est acquise par deux voies redondées du calculateur.

Ainsi, les données d'entrée (bloc B31) comportent une mesure de la pression ambiante PO, une mesure de pression PBAS en aval de l'échangeur thermique PCE 11, une mesure de pression PHPV en amont du PCE 11, des mesures de pression PHP et PIP des ports d'entrées HP et IP respectivement, trois mesures indépendantes de température TBAS_A, TBAS_B et TBAS-Dispatch en aval du PCE 11, des mesures de température THP et TIP des ports d'entrées HP et IP respectivement, et deux mesures de perte de charge DPBAS_A et DPBAS_B aux bornes de l'échangeur PCE 11. Les blocs B32-B37 visent à s'assurer de la validité des mesures en les consolidant avant l'évaluation de la première estimation courante du débit d'air. Le calculateur 37 est généralement configuré pour consolider une mesure en analysant les entrées afin de vérifier si la mesure est non aberrante. Cette analyse est réalisée au niveau logiciel du calculateur et peut comporter des tests de vraisemblance et d'écarts. Le test de vraisemblance est basé sur la comparaison d'une entrée à un seuil minimal et un seuil maximal pour vérifier si l'entrée se trouve dans ou hors d'une plage de vraisemblance. Le test d'écart (ou de cross-check) est réalisé entre les deux voies redondées de la mesure ou entre la mesure d'une des voies et une mesure de référence ou un modèle correspondant.

Le bloc B32 concerne la consolidation de la mesure de pression PBAS en aval du PCE 11 fournie par le capteur 9f (capteur-PBAS) utilisée dans la formule (1) pour le calcul du débit d'air. On notera qu'il n'est pas nécessaire de redonder la mesure de pression PBAS pour le seul besoin de surveillance du système 1 de prélèvement d'air BAS. Ainsi, pour limiter le coût, l'encombrement et la masse des capteurs sur le moteur 39, la mesure de pression peut être redondée analytiquement selon un modèle de pression préétabli à partir des autres mesures de pression PHPV, PHP et PIP. Ainsi au bloc B32, le calculateur 37 compare la mesure de pression PBAS au modèle de pression analytique de PBAS pour consolider la mesure.

On notera par ailleurs, que la pression PBAS est une mesure relative et on lui rajoute donc la pression ambiante PO pour obtenir la mesure complète de la pression en aval du PCE 11. Ainsi, à la sortie du bloc B32, on a la mesure consolidée de la pression P. Le bloc B33 concerne la consolidation de la mesure de température. Pour le besoin de surveillance et de régulation en température, le système 1 de prélèvement d'air BAS comporte deux mesures indépendantes de température TBAS_A et TBAS_B, chacune d'elles étant acquise par une des deux voies du calculateur 37. Ainsi, en configuration full-up (i.e., les deux voies sont saines), il est possible d'assurer les fonctions de surveillance et de régulation de manière indépendante. Par contre, en configuration de « dispatch monovoie » (i.e., une seule voie active et l'autre perdue), il devient impossible de réaliser ces deux fonctions indépendamment car la mesure reliée à la voie en panne est une mesure perdue. Ces cas imposent donc l'ajout d'une troisième mesure appelée TBAS-Dispatch (acquise par un autre calculateur), substituant la mesure non acquise par la voie perdue.

La mesure TBAS étant initialement redondée, le calculateur 37 met en place une stratégie de consolidation comportant les tests de vraisemblance et d'écarts. Le calculateur 37 compare d'abord chaque mesure obtenue aux seuils minimal et maximal acceptables. Lorsque les deux mesures sont saines, le calculateur 37 vérifie que les deux mesures ne sont pas en écart entre elles. Dans le cas contraire, cela veut dire que l'une des deux mesures est erronée (voire les deux). Cependant, la détection d'un écart entre les mesures ne permet pas de localiser la mesure en panne. On utilise alors la mesure TBAS-Dispatch comme arbitre pour localiser la mesure en panne afin de se reconfigurer sur la mesure saine. Ensuite, au bloc B34, on calcule la moyenne entre la mesure consolidée de la température en aval du PCE 11 issue du bloc B33 et la température (THP ou TIP) du port d'entrée sélectionné (port HP ou port IP). A la sortie du bloc B34, on a alors la mesure consolidée de la température T qui sera utilisée pour calculer le débit de prélèvement d'air. Les blocs B35-B37 concernent la consolidation de la mesure de perte de charge DPBAS. La mesure DPBAS ne répond à aucun besoin initial du système 1 de prélèvement d'air BAS, mais permet uniquement de mesurer le débit d'air prélevé. Pour les besoins de la redondance, deux capteurs 9c (capteur-DPBAS) sont installés aux bornes du PCE 11 (voir Fig. 1).

Lorsque les deux mesures de perte de charge DPBAS_A et DPBAS_B des deux voies sont saines par rapport au test de vraisemblance, le calculateur 37 réalise un test d'écart entre elles pour détecter si l'une des deux mesures est en panne (voire les deux). Cependant, la détection d'un écart entre les mesures ne permet pas de localiser la mesure en panne. Ainsi, pour arbitrer les pannes d'écart, le calculateur 37 opère un test d'écart entre la mesure de chaque voie et un modèle correspondant basé sur la mesure de débit de prélèvement d'air WA provenant d'un module numérique 51 de l'aéronef. On notera que la mesure de débit WA provenant de l'aéronef est non utilisable directement dans les logiques de contrôle moteur pour des raisons de fiabilité.

Le modèle de perte de charge est réalisé en inversant la formule (1) pour exprimer une perte de charge reconstituée API,/ en fonction du débit d'air WA, de la pression P et de la température T selon la formule suivante : APm = -P + 1P2 + 2TkVV: Ainsi, au bloc B36, on calcule la perte de charge reconstituée APAI en fonction d'une mesure de débit d'air WA issue de l'aéronef, de la pression P issue du bloc B32 et de la température T issue du bloc B34 selon la formule ci-dessus. Au bloc B37, le calculateur 37 opère un test d'écart sur les mesures DPBAS_A et DPBAS_B pour détecter des pannes. Si aucune panne d'écart n'est levée (i.e. les deux mesures DPBAS sont saines), le calculateur 37 sélectionne la moyenne des deux mesures DPBAS_A et DPBAS_B. En revanche, si une panne d'écart est levée (i.e. une des deux mesures est erronée), le calculateur 37 sélectionne la mesure la plus proche de la perte de charge reconstituée APm.

Au bloc B38, le calculateur 37 évalue à chaque étape une première estimation courante du débit d'air massique W1 prélevé sur le moteur 39 d'aéronef en fonction des mesures consolidées de perte de charge AP, de pression P et de température T en utilisant la formule (1). Au bloc B381, le calculateur évalue ensuite l'erreur courante de débit Ew selon la somme quadratique des erreurs courantes individuelles relatives à chacune des mesures engendrées par leurs imprécisions Ep, ET, EAp, et Ek selon la formule (3) et en référence au schéma-bloc de la Fig. 4. Au bloc B39, le calculateur 37 détermine une seconde estimation courante du débit d'air W2 en calculant la différence entre la première estimation courante du débit d'air W1 et l'erreur courante de débit E. La Fig. 6 montre de manière très schématique les corrections réalisées sur les mesures dispersées du débit d'air. L'axe des abscisses correspond au débit réel de prélèvement d'air et l'axe des ordonnées correspond au débit de prélèvement d'air calculé selon la formule (1). Les courbes en pointillées C11 et C12 correspondent respectivement aux mesures dispersées hautes et basses délimitant une première zone de premières estimations W1 de débit d'air. Les courbes C13 et C14 correspondent respectivement aux mesures corrigées hautes et basses délimitant une deuxième zone des deuxièmes estimations W2 de débit d'air. Ces courbes montrent que si le débit calculé est dispersé haut, la correction abaisse le débit à une valeur nominale (courbe C13) et la protection au pompage est assurée. Toutefois, si le débit calculé est dispersé bas, la correction abaisse également le débit à une valeur sous-estimant le débit. En outre, à faible débit, l'erreur est comparable à la valeur de débit mesurée et le débit corrigé devient non nul que lorsque la mesure de débit devient supérieure à son erreur, comme illustré sur les courbes C12 et C14. Avantageusement, afin de tenir compte des faibles débits et de limiter l'impact de la sous-estimation du débit, la seconde estimation courante W2 du débit d'air est comparée à une donnée courante de débit d'air minimale en provenance du module 51 définie à partir des tables de débit prédéterminées en relation avec la climatisation de la cabine ECS (Environnemental Control System). Les tables de débit sont des configurations prédéterminées par l'avionneur qui expriment des consignes de débit de prélèvement d'air ECS pour la cabine de l'aéronef en fonction de l'altitude. Ces tables ne prennent en compte que le débit d'air prélevé pour la cabine et correspondent donc à des données de débit d'air minimal. Ainsi, selon la commande (bloc B511) opérée dans le cockpit par un pilote de l'aéronef, le bloc B512 détermine la configuration de prélèvement d'air en fonction de l'altitude et fournit donc la donnée courante de débit d'air minimale.

Au bloc B40, le calculateur 37 détermine une troisième estimation courante W3 du débit d'air en sélectionnant la valeur la plus grande entre la seconde estimation courante W2 du débit d'air issue du bloc B39 et la donnée courante de débit d'air minimale WEcs issue du bloc B512 définie à partir des tables de débit et de la commande (bloc B511) du pilote. La Fig. 7 montre de manière très schématique la correction apportée par la troisième estimation de débit lorsque le débit calculé est dispersé bas. Les courbes C13 et C14 sont les mêmes que celles de la Fig. 6 et représentent donc les mesures corrigées hautes (courbe nominale) et basses à l'issue du bloc B39. La courbe C15 représente la nouvelle correction apportée aux mesures corrigées basses C14 délimitant la troisième estimation de débit d'air. On remarque qu'à faible débit la courbe C15 est proche par des valeurs inférieures à la courbe nominale C13. En effet, il peut y avoir des imprécisions sur la régulation de débit fourni par les tables prédéterminées et de plus, le débit réel peut comprendre le débit d'air nacelle antigivrage WAI non pris en compte par ces tables. Avantageusement, afin de tenir compte du débit d'air nacelle, le calculateur 37 évalue au bloc B41, une quatrième estimation courante W4 du débit d'air en augmentant la troisième estimation courante W3 du débit d'air par une valeur courante supplémentaire WNAI du débit d'air nacelle antigivrage prélevé sur le moteur 39.

L'estimation de la valeur courante supplémentaire WATA/ est basée sur la perméabilité de la nacelle antigivrage NAI 19 et la régulation du débit de la nacelle antigivrage NAI 19 par une saturation en pression effectuée par la vanne NAIV 7e (voir Fig. 1). On notera qu'on peut retenir la seconde W2 ou la troisième W3 ou la quatrième W4 estimation courante du débit d'air pour ajuster la valeur seuil courante de débit carburant représentant la butée d'accélération B du moteur 39 de manière à conserver une bonne marge d'accélération. Le choix entre les seconde, troisième, et quatrième estimations de débit d'air peut résulter d'un compromis entre simplicité et optimisation de l'ajustement de la butée d'accélération.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation en temps réel du débit d'air prélevé sur un moteur d'aéronef par un système de prélèvement d'air du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - acquisition à des instants successifs de mesures de grandeurs physiques de température, de pression et de perte de charge, spécifiques au système de prélèvement d'air (1), - évaluation à chaque instant courant desdits instants successifs d'une première estimation courante du débit d'air prélevé sur le moteur d'aéronef (39) en fonction desdites mesures de grandeurs physiques, - calcul audit instant courant d'une erreur courante de débit engendrée par des imprécisions relatives auxdites mesures de grandeurs physiques, et - correction audit instant courant de la première estimation courante du débit d'air en lui soustrayant ladite erreur courante de débit déterminant ainsi une seconde estimation courante du débit d'air.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite erreur courante de débit est calculée selon une somme quadratique d'erreurs courantes individuelles relatives à chacune desdites mesures.
3. 3. Procédé selon la revendication). ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une consolidation desdites mesures de grandeurs physiques avant l'évaluation de ladite première estimation courante du débit d'air.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une détermination audit instant courant d'une troisième estimation courante du débit d'air en sélectionnant la valeur la plus grande entre ladite secondeestimation courante du débit d'air et une donnée courante de débit d'air minimale définie à partir des tables de débit prédéterminées.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une détermination audit instant courant d'une quatrième estimation courante du débit d'air en augmentant ladite troisième estimation courante du débit d'air par une valeur courante supplémentaire de débit d'air nacelle antigivrage prélevé sur le moteur.
6. 6. Procédé Selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la perte de charge est mesurée aux bornes d'un échangeur thermique dudit système de prélèvement d'air.
7. 7. Procédé de contrôle d'un moteur d'aéronef, comprenant une estimation en temps réel du débit d'air prélevé sur un moteur d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ajustement d'une valeur seuil courante de débit carburant dudit moteur en tenant compte de la seconde ou la troisième ou la quatrième estimation courante du débit d'air de manière à conserver une marge d'accélération.
8. 8. Dispositif d'estimation en temps réel d'un débit d'air prélevé sur un moteur d'aéronef par un système de prélèvement d'air, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens d'acquisition (33) pour acquérir à des instants successifs de mesures de grandeurs physiques de température, de pression et de perte de charge, spécifiques au système de prélèvement d'air, - des moyens de calcul (35) pour évaluer à chaque instant courant desdits instants successifs une première estimation courante (W1) du débit d'air prélevé sur le moteur d'aéronef (39) en fonction desdites mesures de grandeurs physiques,- des moyens de calcul (35) pour calculer audit instant courant une erreur courante (Ew) de débit engendrée par des imprécisions relatives auxdites mesures de grandeurs physiques, et - des moyens de calcul (35) pour corriger audit instant courant la première estimation courante du débit d'air en lui soustrayant ladite erreur courante de débit déterminant ainsi une seconde estimation courante (W2) du débit d'air.
9. 9. Calculateur de contrôle d'un moteur d'aéronef, configuré pour implémenter le procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
10. 10. Moteur d'aéronef comportant le dispositif d'estimation de la revendication 8.10