FR3092369A1 - Procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage de turbomachine en fin de vol - Google Patents

Procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage de turbomachine en fin de vol Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un système et un procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage d’une turbomachine en fin de vol. Selon l’invention, le procédé de détection (2) comprend, au cours d’une séquence d’arrêt de la turbomachine : - une détection d’une vitesse de rotation seuil (S3) lorsqu’une vitesse de rotation d’un rotor de la turbomachine (N2) est inférieure ou égale à une vitesse de rotation seuil prédéterminée (N2seuil), pour laquelle une auto-inflammation d’un mélange air-carburant n’est pas possible, - une phase d’injection de carburant (S4), - une phase de génération d’étincelles (S5) dans la chambre de combustion, et - une phase de surveillance d’une inflammation dans la chambre de combustion (S6),les phases d’injection de carburant (S4), de génération d’étincelles (S5) et de surveillance d’une inflammation (S6) étant réalisées simultanément pendant une durée test prédéterminée (∆test), une panne du système d’allumage étant détectée (S9) en cas d’absence d’inflammation durant la phase de surveillance d’une inflammation (S6). Figure pour l’abrégé : figure 1

Description

PROCÉDÉ DE DÉTECTION D’UNE PANNE D’UN SYSTÈME D’ALLUMAGE DE TURBOMACHINE EN FIN DE VOL
L’invention se situe dans le domaine de la surveillance de l’état de santé de turbomachines, notamment des turboréacteurs et turbopropulseurs d’avions. L’invention vise plus particulièrement à détecter une panne d’un système d’allumage de turbomachine. Elle concerne un système et un procédé de détection d’une telle panne en fin de vol.
L’allumage d’une turbomachine peut être entravé par de multiples causes, notamment par une défaillance de la pompe carburant, du doseur de carburant, des injecteurs, ou du système d’allumage de la turbomachine. Le système d’allumage comprend notamment une bougie d’allumage agencée pour pouvoir générer des étincelles dans la chambre de combustion de la turbomachine, et un boîtier d’allumage agencé pour alimenter la bougie d’allumage. La grande majorité des anomalies de démarrage sur les turbomachines actuelles est due à une défaillance de leur système d’allumage, et plus spécifiquement de la bougie d’allumage. La bougie d’allumage est en effet soumise à de fortes pressions et de fortes amplitudes au cours du fonctionnement de la turbomachine. Par ailleurs, elle risque un encrassement en cas de non-usage prolongé. Pour certaines turbomachines, jusqu’à 90% et plus des cas d’anomalie de démarrage sont dus à une défaillance du système d’allumage, les cas d’anomalie de démarrage étant globalement à l’origine d’environ un tiers des retards et annulations de vol.
Pour les turbomachines actuellement en service, une défaillance de leur système d’allumage ne peut être identifiée qu’au cours d’une séquence de démarrage. En effet, les turbomachines sont conçues pour que la combustion soit autoentretenue dans la chambre de combustion tant que la turbomachine fonctionne dans une plage nominale de fonctionnement, pour laquelle les conditions de pression et de température dans la chambre de combustion, ainsi que le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion, sont tels qu’ils entraînent une auto-inflammation du mélange air-carburant. En pratique, la plage nominale de fonctionnement peut être représentée par une vitesse de rotation d’un élément tournant de la turbomachine, une borne inférieure de la plage nominale de fonctionnement correspondant à une vitesse de rotation seuil, appelée « régime de ralenti ». Ainsi, après le démarrage d’une turbomachine, l’état de son système d’allumage n’est de fait vérifié qu’au cours du démarrage ultérieur. Le système d’allumage n’étant pas un élément critique pour la sécurité du vol, il n’est pas systématiquement installé de façon redondante dans l’aéronef. Ainsi, en cas de défaillance, le vol ne peut être réalisé qu’après une opération de maintenance, conduisant généralement à un retard ou une annulation du vol.
Une solution pour détecter une panne du système d’allumage entre deux vols consisterait à commander la génération d’étincelles par la bougie et à écouter le son caractéristique de claquage qui en résulte, la turbomachine étant à l’arrêt. Néanmoins, cette solution implique de synchroniser la génération des étincelles avec l’écoute du son émis par la bougie. Or une telle synchronisation est rendue difficile du fait que le déclenchement de la génération des étincelles n’est possible qu’à partir du cockpit, alors que le son nécessite d’être écouté au plus près de la turbomachine. En outre, même si la turbomachine est elle-même à l’arrêt, son environnement sonore est généralement incompatible avec la détection d’un son d’une telle amplitude. Enfin, le son de claquage ne garantit pas la génération d’étincelles avec une amplitude suffisante pour allumer de façon fiable le mélange air-carburant. En pratique, cette solution est donc difficilement applicable.
Les solutions existantes pour détecter une panne d’un système d’allumage de turbomachine ne donnent donc pas entière satisfaction. Un but de l’invention est donc de proposer une technique pour détecter de façon fiable et précoce une éventuelle défaillance du système d’allumage.
À cet effet, l’invention repose sur le lancement d’un test d’allumage au cours de la séquence d’arrêt de la turbomachine. Afin d’éviter l’auto-inflammation du mélange air-carburant du fait des conditions de température et de pression régnant dans la chambre de combustion, le test d’allumage est lancé après passage d’une vitesse de rotation d’un élément tournant de la turbomachine sous une vitesse seuil prédéterminée.
Plus précisément, l’invention a pour objet un procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt de la turbomachine, la turbomachine comprenant un rotor et une chambre de combustion, la séquence d’arrêt débutant à un instant de coupure carburant auquel la chambre de combustion cesse d’être alimentée en carburant, le procédé comprenant, au cours de la séquence d’arrêt :
- une acquisition d’un signal de vitesse, le signal de vitesse étant représentatif d’une vitesse de rotation du rotor,
- une détection d’une vitesse de rotation seuil lorsque la vitesse de rotation du rotor est inférieure ou égale à une vitesse de rotation seuil prédéterminée, pour laquelle un mélange air-carburant présent dans la chambre de combustion ne peut pas s’auto-enflammer,
- postérieurement à la détection de la vitesse de rotation seuil,
▫ une phase d’injection de carburant, dans laquelle du carburant est injecté dans la chambre de combustion,
▫ une phase de génération d’étincelles, dans laquelle des étincelles sont générées dans la chambre de combustion, et
▫ une phase de surveillance d’allumage, dans laquelle est surveillée une inflammation d’un mélange air-carburant dans la chambre de combustion,
la phase d’injection de carburant, la phase de génération d’étincelles et la phase de surveillance d’allumage étant réalisées simultanément pendant une durée test prédéterminée,
une panne du système d’allumage étant détectée en cas d’absence d’inflammation du mélange air-carburant durant la phase de surveillance d’allumage.
Le procédé de détection de panne selon l’invention permet ainsi de détecter au plus tôt une éventuelle défaillance du système d’allumage d’une turbomachine entre deux vols de l’aéronef équipé de la turbomachine. La maintenance dispose ainsi d’un délai maximal pour effectuer une réparation nécessaire.
Le signal de vitesse est directement ou indirectement représentatif d’une vitesse de rotation d’un élément tournant de la turbomachine. L’élément tournant considéré peut notamment être un élément tournant d’un corps haute pression dans une turbomachine à double-corps. Conventionnellement, cette vitesse de rotation est désignée par le terme « régime N2 ». De manière générale, il sera fait référence à une vitesse de rotation N2 dans le présent document, sans que cela implique nécessairement une mesure de la vitesse de rotation d’un élément tournant du corps haute pression. La vitesse de rotation seuil est déterminée de manière à ce que, lors de l’injection de carburant dans la chambre de combustion, une auto-inflammation du mélange air-carburant ne puisse pas se produire. La vitesse de rotation seuil est ainsi inférieure au régime de ralenti. De manière générale, la vitesse de rotation seuil est désignée par « N2seuil».
La phase d’injection de carburant, la phase de génération d’étincelles et la phase de surveillance d’allumage sont réalisées simultanément pendant une durée test prédéterminée. Cela implique que ces trois phases soient réalisées de façon concomitante au moins pendant la durée test prédéterminée. Néanmoins, ces différentes phases ne présentent pas nécessairement des instants de départ et d’arrêt synchronisés. En outre, la phase de génération d’étincelles peut débuter préalablement à la détection de la vitesse de rotation seuil prédéterminée. La durée test prédéterminée est par exemple comprise entre 1 seconde et 30 secondes. Elle est de préférence comprise entre 1 seconde et 10 secondes. Dans un exemple de réalisation, la durée test prédéterminée est égale à 5 secondes.
Selon une forme particulière de réalisation, en cas de détection d’une inflammation du mélange air-carburant durant la phase de surveillance d’allumage, le système d’allumage est considéré comme non défectueux. La phase d’injection de carburant, la phase de génération d’étincelles et la phase de surveillance d’allumage sont alors stoppées dès la détection de ladite inflammation.
Toujours selon une forme particulière de réalisation, au cours de la phase de génération d’étincelles, des étincelles sont générées dans la chambre de combustion à une fréquence prédéterminée, comprise entre 0,5 Hz et 10 Hz. Avantageusement, la fréquence prédéterminée est comprise entre 3 Hz et 5 Hz.
La phase de surveillance d’allumage peut être réalisée selon différentes variantes, compatibles entre elles, chaque variante reposant sur un critère de détection. Lorsque plusieurs variantes sont utilisées simultanément, une inflammation du mélange air-carburant peut être considérée comme détectée dès lors qu’au moins un critère de détection est satisfait, dès lors qu’au moins deux critères de détection sont satisfaits, ou lorsque tous les critères de sélection sont satisfaits.
Selon une première variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage comprend une acquisition d’un signal de pression représentatif d’une pression d’un flux d’air en entrée de la chambre de combustion et une surveillance d’une évolution de ladite pression, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’une augmentation soudaine de ladite pression. Une augmentation est par exemple considérée comme soudaine lorsque l’amplitude augmente de plus de 3% en quelques dixièmes de seconde, par exemple en 5 dixièmes de seconde. Le signal de pression peut être directement ou indirectement représentatif d’une pression du flux d’air en entrée de la chambre de combustion. Dans un mode particulier de réalisation, le signal de pression est représentatif d’une pression statique dans un troisième plan de la turbomachine, PS3.
Selon une deuxième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage comprend une comparaison de la vitesse de rotation du rotor avec une vitesse de rotation d’un modèle de vitesse prédéterminé, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’un écart supérieur à un écart de vitesse seuil prédéterminé entre la vitesse de rotation du rotor et une vitesse de rotation correspondante du modèle de vitesse prédéterminé. L’écart de vitesse seuil prédéterminé est par exemple égal à un pourcentage de la vitesse de rotation du modèle de vitesse. Le pourcentage est par exemple 5% ou 10%. La vitesse de rotation du rotor est avantageusement comparée à la vitesse de rotation du modèle de vitesse prédéterminé en considérant comme instant de référence l’instant auquel la vitesse de rotation du rotor N2 est égale à la vitesse de rotation seuil prédéterminée N2seuil. Le modèle de vitesse prédéterminé est spécifique à chaque turbomachine et peut être déterminé au préalable.
Selon une troisième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage comprend une détermination d’une décélération angulaire du rotor et une surveillance d’une évolution de ladite décélération, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’une variation soudaine d’une amplitude de ladite décélération. Une variation est par exemple considérée comme soudaine lorsque l’amplitude évolue de plus de 200 tr/min/s en quelques secondes, par exemple en 5 secondes.
Selon une quatrième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage comprend une détermination d’une dérivée seconde de la vitesse de rotation du rotor et une surveillance d’une évolution de ladite dérivée seconde, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’une amplitude de ladite dérivée seconde supérieure à une amplitude seuil prédéterminée.
Selon une cinquième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage comprend une acquisition d’une température au sein de la chambre de combustion ou en aval de la chambre de combustion et une surveillance d’une évolution de ladite température, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’un écart de température supérieur à un écart de température seuil prédéterminé entre ladite température et une température de référence. La température de référence peut être variable. Il s’agit par exemple de la température de l’environnement de l’aéronef. L’écart de température seuil prédéterminé peut être compris entre 10 °C et 50 °C. Il est par exemple égal à 35 °C.
Selon une forme particulière de réalisation, le procédé comprend, en outre, en cas de détection d’une panne du système d’allumage, une génération d’un signal d’information de panne. Le signal d’information de panne peut être envoyé à une unité de surveillance de l’état de l’aéronef embarquée et/ou à un serveur de maintenance au sol. Le signal d’information de panne est de préférence généré et envoyé dès la détection d’une panne.
L’invention a également pour objet un système de détection d’une panne d’un système d’allumage d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt de la turbomachine, la turbomachine comprenant un rotor et une chambre de combustion, la séquence d’arrêt débutant à un instant de coupure carburant auquel la chambre de combustion cesse d’être alimentée en carburant. Selon l’invention, le système de détection comprend une unité de commande et de calcul configurée pour mettre en œuvre le procédé de détection tel que décrit précédemment.
L’invention a enfin pour objet un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de détection tel que décrit précédemment.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
représente un exemple de séquence d’arrêt d’une turbomachine au cours de laquelle est mis en œuvre le procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage selon l’invention ;
représente, sur un graphique, un exemple d’évolution d’une vitesse de rotation d’un corps haute pression d’une turbomachine et un exemple d’évolution d’une pression statique en entrée d’une chambre de combustion de la turbomachine au cours d’une séquence de démarrage ;
représente, sur un graphique, un exemple d’évolution d’une vitesse de rotation d’un corps haute pression d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt classique, et un exemple d’évolution d’une vitesse de rotation du corps haute pression au cours d’une séquence d’arrêt avec mise en œuvre du procédé de détection selon l’invention, dans le cas d’un rallumage de la turbomachine ;
représente, sur un graphique, un exemple d’évolution d’une accélération angulaire d’un corps haute pression d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt classique, et un exemple d’évolution d’une accélération angulaire du corps haute pression au cours d’une séquence d’arrêt avec mise en œuvre du procédé de détection selon l’invention, dans le cas d’un rallumage de la turbomachine.
L’invention porte sur un procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage d’une turbomachine équipant un aéronef. Une turbomachine comporte une chambre de combustion dans laquelle un mélange air-carburant est susceptible d’être enflammé, un compresseur disposé en amont de la chambre de combustion, une turbine, disposée en aval de la chambre de combustion, et un arbre de transmission reliant mécaniquement le compresseur à la turbine. Pour la suite de la description, on considère à titre d’exemple une turbomachine à double corps, comprenant un corps basse pression et un corps haute pression. Le corps basse pression comporte un compresseur basse pression, une turbine basse pression et un arbre de transmission reliant mécaniquement le compresseur basse pression et la turbine basse pression. Le corps haute pression comporte un compresseur haute pression, une turbine haute pression et un arbre de transmission reliant mécaniquement le compresseur haute pression et la turbine haute pression. Les compresseurs sont disposés en amont de la chambre de combustion et les turbines sont disposées en aval de la chambre de combustion. Le compresseur basse pression est disposé en amont du compresseur haute pression et la turbine basse pression est disposée en aval de la turbine haute pression. La turbomachine comporte en outre un système d’allumage comprenant une ou plusieurs bougies d’allumage et un boîtier d’allumage. Chaque bougie est agencée pour pouvoir générer des étincelles dans la chambre de combustion lorsqu’elle est alimentée par le boîtier d’allumage.
La figure 1 représente un exemple de séquence d’arrêt d’une turbomachine 1 au cours de laquelle est mis en œuvre le procédé de détection d’une panne du système d’allumage 2 selon l’invention. Une séquence d’arrêt de la turbomachine 1 est typiquement déclenchée alors que la turbomachine se trouve dans une phase de ralenti S0, c’est-à-dire fonctionne avec un régime de ralenti. Au régime de ralenti, le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion, et la température et la pression au sein de la chambre de combustion, permettent une auto-inflammation du mélange air-carburant. La séquence d’arrêt 1 débute par une commande de coupure de la turbomachine S1, typiquement déclenchée par un pilote de l’aéronef. La commande de coupure S1entraîne un arrêt d’injection de carburant dans la chambre de combustion. En l’absence de mise en œuvre du procédé de détection 2 selon l’invention, la vitesse de rotation des éléments tournants de la turbomachine passe progressivement du régime de ralenti à la vitesse nulle. La durée nécessaire pour obtenir l’arrêt complet de la turbomachine est typiquement comprise entre 90 secondes et 120 secondes. Suite à la commande de coupure S1, le procédé de détection d’une panne du système d’allumage 2 comprend une phase d’acquisition d’un signal de vitesse S2, le signal de vitesse étant représentatif d’une vitesse de rotation d’un élément tournant de la turbomachine. Il est considéré à titre d’exemple que le signal de vitesse est représentatif d’une vitesse de rotation du corps haute pression. Cette vitesse de rotation est notée « N2 ». Parallèlement à la phase d’acquisition du signal de vitesse S2, le procédé de détection 2 comprend une phase de détection d’une vitesse de rotation seuil S3, dans laquelle il est détecté l’instant tseuilauquel la vitesse de rotation N2 devient égale à une vitesse de rotation seuil prédéterminée N2seuil. La vitesse de rotation seuil N2seuilest déterminée de manière à ce que, à cette vitesse, un mélange air-carburant présent dans la chambre de combustion ne peut pas s’auto-enflammer. La vitesse de rotation seuil N2seuilpeut être déterminée de manière expérimentale pour chaque turbomachine. La phase d’acquisition du signal de vitesse S2et la phase de détection de la vitesse de rotation seuil S3sont réalisées tant que la vitesse de rotation N2 est supérieure à la vitesse de rotation seuil N2seuil. Lorsque la vitesse de rotation N2 devient égale à la vitesse de rotation seuil N2seuil, ou éventuellement inférieure à cette vitesse de rotation seuil, une phase d’injection de carburant S4, une phase de génération d’étincelles S5et une phase de surveillance d’allumage S6sont simultanément déclenchées pour une durée test prédéterminée ∆test. La phase d’injection de carburant S4comprend une commande d’un tiroir doseur de carburant de manière à injecter du carburant dans la chambre de combustion dans une proportion permettant son inflammation avec l’air. La phase de génération d’étincelles S5comprend une alimentation de chacune des bougies du système d’allumage de manière à provoquer la génération d’étincelles dans la chambre de combustion. Les bougies sont par exemple alimentées de manière à générer des étincelles avec une fréquence comprise entre 0,5 Hz et 10 Hz, de préférence entre 3 Hz et 5 Hz. La phase de surveillance d’allumage S6peut être réalisée à l’aide de différents critères de détection. Elle sera décrite en détail ultérieurement. Les phases S4et S5sont réalisées simultanément de manière à permettre une inflammation du mélange air-carburant présent dans la chambre de combustion. La phase S6est réalisée simultanément aux phases S4et S5de manière à pouvoir détecter toute inflammation du mélange air-carburant. La durée test ∆testest par exemple comprise entre 1 seconde et 30 secondes. Une inflammation du mélange air-carburant étant généralement observée après une durée d’environ 1 seconde, la durée test ∆testpeut être fixée à 5 secondes. Lorsque, au cours de la phase de surveillance S6, il est déterminé qu’une inflammation du mélange air-carburant s’est produite, il est considéré dans une étape de déclaration de test OK S7que le système d’allumage est opérationnel. La turbomachine est alors arrêtée dans une phase d’arrêt S8. La phase d’arrêt S8comprend une coupure d’alimentation en carburant de la turbomachine. La vitesse de rotation des éléments tournants de la turbomachine tend alors à nouveau à décroître. Lorsque, en revanche, à la fin de la phase de surveillance S6, c’est-à-dire à l’expiration de la durée test ∆test, aucune inflammation du mélange air-carburant n’a été détectée, il est considéré dans une étape de déclaration de test NG S9que le système d’allumage est défaillant. Un signal d’information de panne est alors généré et envoyé dans une étape d’information de la maintenance S10. Le signal d’information de panne est par exemple envoyé à une unité de surveillance de l’état de l’aéronef, embarquée dans l’aéronef, et/ou à un serveur de maintenance au sol. En l’absence de détection d’une inflammation pendant la durée test ∆test, la turbomachine est également arrêtée dans la phase d’arrêt S8. Le procédé de détection 2 d’une panne du système d’allumage engendre un allongement de la durée nécessaire pour obtenir l’arrêt complet de la turbomachine, de l’ordre de la durée test ∆test. Cet allongement est négligeable par rapport à la durée nécessaire nominale pour obtenir l’arrêt de la turbomachine.
Comme indiqué précédemment, la phase de surveillance d’allumage S6peut être réalisée à l’aide de différents critères de détection, à savoir un critère de pression, un critère de vitesse de rotation, un critère de décélération, un critère de dérivée seconde de la vitesse de rotation et un critère de température. Ces critères peuvent être utilisés individuellement ou de manière combinée.
Selon une première variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage S6comprend une acquisition d’un signal de pression représentatif d’une pression statique PS3d’un flux d’air en entrée de la chambre de combustion et une surveillance d’une évolution de ladite pression PS3. Une inflammation du mélange air-carburant est alors considérée comme détectée en cas de détection d’une augmentation soudaine de cette pression PS3. Une augmentation est par exemple considérée comme soudaine lorsque l’amplitude évolue de plus de 3% en quelques dixièmes de seconde, par exemple en 5 dixièmes de seconde.
La figure 2 représente, sur un graphique, un exemple d’évolution de la vitesse de rotation N2 du corps haute pression et de la pression statique PS3en entrée de la chambre de combustion d’une turbomachine au cours d’une séquence de démarrage. L’axe des abscisses représente le temps, en dixièmes de seconde et l’axe des ordonnées représente à la fois la vitesse de rotation N2, en pourcentage par rapport à une vitesse maximale, et la pression statique PS3en entrée de la chambre de combustion, en livre par pouce carré (psi). Les courbes représentant la vitesse de rotation N2 et la pression statique PS3montrent que la séquence de démarrage comporte une première phase entre les instants à t = 0,1 s et t = 20,0 s, une deuxième phase entre les instants t = 20,0 s et t = 61,0 s, et une troisième phase après l’instant t = 61,0 s. La première phase, appelée « phase de pré-injection », correspond à un entraînement de la turbomachine par un démarreur en l’absence d’injection de carburant dans la chambre de combustion. Au cours de cette phase, la vitesse de rotation N2 croît de manière non linéaire. La deuxième phase, appelée « phase post-allumage », correspond à une rotation de la turbomachine après allumage du mélange air-carburant. Au cours de cette phase, la vitesse de rotation N2 croît de manière sensiblement linéaire. La troisième phase, appelée « phase de ralenti », correspond à une rotation de la turbomachine au régime de ralenti. Au cours de cette phase, la vitesse de rotation N2 reste sensiblement stable. Lors du passage de la première phase à la deuxième phase, la pression statique PS3augmente soudainement, formant un saut d’amplitude « Jump ». Le rallumage du mélange air-carburant au cours d’une séquence d’arrêt d’une turbomachine engendre également un saut d’amplitude de la pression statique PS3pouvant être utilisé pour détecter une inflammation du mélange air-carburant.
Selon une deuxième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage S6comprend une comparaison de la vitesse de rotation N2 avec une vitesse de rotation N2réfd’un modèle de vitesse prédéterminé. Une inflammation du mélange air-carburant est alors considérée comme détectée en cas de détection d’un écart supérieur à un écart de vitesse seuil prédéterminé ∆N2entre la vitesse de rotation N2 et une vitesse de rotation correspondante N2réfdu modèle de vitesse prédéterminé. L’écart de vitesse seuil ∆N2est par exemple égal à une valeur fixe ou à un pourcentage de la vitesse de rotation du modèle de vitesse. Le pourcentage est par exemple 5% ou 10%. La vitesse de rotation N2 est avantageusement comparée à la vitesse de rotation du modèle de vitesse prédéterminé en considérant comme instant de référence l’instant auquel la vitesse de rotation N2 est égale à la vitesse de rotation seuil prédéterminée N2seuil.
La figure 3 représente, sur un graphique, deux exemples d’évolution de la vitesse de rotation du corps haute pression d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt. L’axe des abscisses représente le temps, en dixièmes de seconde et l’axe des ordonnées représente la vitesse de rotation N2, en tours par minute. Une première courbe représente la vitesse de rotation N2réfd’un modèle de vitesse établi pour la turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt sans mise en œuvre du procédé de détection selon l’invention et une deuxième courbe représente la vitesse de rotation N2 avec mise en œuvre du procédé de détection en cas de rallumage de la turbomachine. La première courbe représente également la vitesse de rotation N2 avec mise en œuvre du procédé de détection en l’absence de rallumage. La séquence d’arrêt débute à un instant t = 2,5 s avec une commande de coupure de la turbomachine. La vitesse de rotation N2 et la vitesse de rotation N2réfdécroissent de manière identique jusqu’à un instant t = 14,3 s auquel la vitesse de rotation N2 est égale à la vitesse de rotation seuil N2seuil. À cet instant t = 14,3 s, les phases d’injection de carburant S4, de génération d’étincelles S5et de surveillance d’allumage S6sont déclenchées. Les phases S4et S5ont pour effet d’enflammer le mélange air-carburant dans la chambre de combustion et, in fine, de ralentir la diminution de la vitesse de rotation N2, tandis que la vitesse de rotation N2réfcontinue à décroître régulièrement. À un instant t = 22,3 s, l’écart de vitesse entre la vitesse de rotation N2 et la vitesse de rotation N2réfdevient égal à l’écart de vitesse seuil ∆N2. L’inflammation du mélange air-carburant est alors détectée et la turbomachine est arrêtée. La vitesse de rotation N2 continue alors à décroître jusqu’à la vitesse nulle.
Selon une troisième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage S6comprend une détermination d’une décélération angulaire dN2/dt du corps haute pression et une surveillance d’une évolution de ladite décélération. Une inflammation du mélange air-carburant est alors considérée comme détectée en cas de détection d’une variation soudaine d’une amplitude de ladite décélération. Une variation est par exemple considérée comme soudaine lorsque l’amplitude évolue de plus de 200 tr/min/s en quelques secondes, par exemple en 5 secondes.
La figure 4 représente, sur un graphique, deux exemples d’évolution de l’accélération angulaire du corps haute pression d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt. L’axe des abscisses représente le temps, en dixièmes de seconde et l’axe des ordonnées représente l’accélération angulaire dN2/dt, en tours par minute et par seconde. Une première courbe représente l’accélération angulaire dN2réf/dt établie pour la turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt sans mise en œuvre du procédé de détection selon l’invention. Cette courbe représente également l’accélération angulaire dN2NG/dt établie pour la turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt avec mise en œuvre du procédé selon l’invention, en l’absence de rallumage. Une deuxième courbe représente l’accélération angulaire dN2OK/dt établie pour la turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt avec mise en œuvre du procédé selon l’invention, en cas de rallumage de la turbomachine. La séquence d’arrêt débute à un instant t = 1,7 s, avec une commande de coupure de la turbomachine. Le corps haute pression décélère de manière identique dans les deux cas, jusqu’à un instant t = 14,0 s auquel la vitesse de rotation N2 est égale à la vitesse de rotation seuil N2seuil. À cet instant t = 14,0 s, les phases d’injection de carburant S4, de génération d’étincelles S5et de surveillance d’allumage S6sont déclenchées. Dans le cas correspondant à la première courbe, c’est-à-dire en l’absence d’allumage, l’amplitude de la décélération continue à décroître de manière régulière. En revanche, dans le cas correspondant à la deuxième courbe, c’est-à-dire en cas d’inflammation du mélange air-carburant dans la chambre de combustion, l’amplitude de la décélération diminue soudainement jusqu’à un instant t = 21,0 s, auquel l’inflammation du mélange air-carburant est détectée et déclenche l’arrêt de l’injection de carburant. L’inflammation du mélange air-carburant peut ainsi être détectée par une variation soudaine de la décélération, conformément à la troisième variante de réalisation. Alternativement, l’inflammation pourrait être détectée par détection d’un écart d’amplitude supérieur à un écart d’amplitude seuil entre l’amplitude de la décélération du corps haute pression et une amplitude de décélération d’un modèle prédéterminé.
Selon une quatrième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage S6comprend une détermination d’une dérivée seconde de la vitesse de rotation du rotor et une surveillance d’une évolution de ladite dérivée seconde. Une inflammation du mélange air-carburant est alors considérée comme détectée en cas de détection d’une amplitude de ladite dérivée seconde supérieure à une amplitude seuil prédéterminée.
Selon une cinquième variante de réalisation, la phase de surveillance d’allumage comprend une acquisition d’une température au sein de la chambre de combustion ou en aval de la chambre de combustion et une surveillance d’une évolution de ladite température. Une inflammation du mélange air-carburant est alors considérée comme détectée en cas de détection d’un écart de température supérieur à un écart de température seuil prédéterminé entre ladite température et une température de référence. La température de référence peut être variable. Il s’agit par exemple de la température de l’environnement de l’aéronef. L’écart de température seuil est par exemple égal à 35 °C.

Claims (10)

  1. Procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt de la turbomachine, la turbomachine comprenant un rotor et une chambre de combustion, la séquence d’arrêt (1) débutant à un instant de coupure carburant auquel la chambre de combustion cesse d’être alimentée en carburant, le procédé de détection (2) comprenant, au cours de la séquence d’arrêt :
    - une acquisition d’un signal de vitesse (S2), le signal de vitesse étant représentatif d’une vitesse de rotation du rotor (N2),
    - une détection d’une vitesse de rotation seuil (S3) lorsque la vitesse de rotation du rotor (N2) est inférieure ou égale à une vitesse de rotation seuil prédéterminée (N2seuil), pour laquelle un mélange air-carburant présent dans la chambre de combustion ne peut pas s’auto-enflammer,
    - postérieurement à la détection de la vitesse de rotation seuil,
    ▫ une phase d’injection de carburant (S4), dans laquelle du carburant est injecté dans la chambre de combustion,
    ▫ une phase de génération d’étincelles (S5), dans laquelle des étincelles sont générées dans la chambre de combustion, et
    ▫ une phase de surveillance d’allumage (S6), dans laquelle est surveillée une inflammation d’un mélange air-carburant dans la chambre de combustion,
    la phase d’injection de carburant (S4), la phase de génération d’étincelles (S5) et la phase de surveillance d’allumage (S6) étant réalisées simultanément pendant une durée test prédéterminée (∆test),
    une panne du système d’allumage étant détectée (S9) en cas d’absence d’inflammation du mélange air-carburant durant la phase de surveillance d’allumage (S6).
  2. Procédé de détection selon la revendication 1 dans lequel, en cas de détection d’une inflammation du mélange air-carburant durant la phase de surveillance d’allumage (S6), le système d’allumage est considéré comme non défectueux (S7), la phase d’injection de carburant (S4), la phase de génération d’étincelles (S5) et la phase de surveillance d’allumage (S6) étant stoppées dès la détection de ladite inflammation.
  3. Procédé de détection selon l’une des revendications 1 et 2 dans lequel, au cours de la phase de génération d’étincelles (S5), des étincelles sont générées dans la chambre de combustion à une fréquence prédéterminée, comprise entre 0,5 Hz et 10 Hz.
  4. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la phase de surveillance d’allumage (S6) comprend une acquisition d’un signal de pression représentatif d’une pression d’un flux d’air en entrée de la chambre de combustion (PS3) et une surveillance d’une évolution de ladite pression, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’une augmentation soudaine de ladite pression (Jump).
  5. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la phase de surveillance d’allumage (S6) comprend une comparaison de la vitesse de rotation du rotor (N2) avec une vitesse de rotation (N2réf) d’un modèle de vitesse prédéterminé, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’un écart supérieur à un écart de vitesse seuil prédéterminé (∆N 2) entre la vitesse de rotation du rotor (N2) et une vitesse de rotation correspondante (N2réf) du modèle de vitesse prédéterminé.
  6. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la phase de surveillance d’allumage (S6) comprend une détermination d’une dérivée de la vitesse de rotation du rotor et une surveillance d’une évolution de ladite dérivée, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’une variation soudaine d’une amplitude de ladite dérivée.
  7. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la phase de surveillance d’allumage (S6) comprend une acquisition d’une température au sein de la chambre de combustion ou en aval de la chambre de combustion et une surveillance d’une évolution de ladite température, une inflammation du mélange air-carburant étant considérée comme détectée en cas de détection d’un écart de température supérieur à un écart de température seuil prédéterminé entre ladite température et une température de référence.
  8. Procédé de détection selon l’une des revendications précédentes comprenant, en outre, en cas de détection d’une panne du système d’allumage, une génération d’un signal d’information de panne (S10).
  9. Système de détection d’une panne d’un système d’allumage d’une turbomachine au cours d’une séquence d’arrêt de la turbomachine, la turbomachine comprenant un rotor et une chambre de combustion, la séquence d’arrêt (1) débutant à un instant de coupure carburant auquel la chambre de combustion cesse d’être alimentée en carburant, le système de détection comprenant une unité de commande et de calcul configurée pour mettre en œuvre le procédé de détection (2) selon l’une des revendications 1 à 8.
  10. Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé de détection (2) selon l’une des revendications 1 à 8.
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