FR3109966A1 - Procédé de commande et unité de commande pour éviter le pompage d’un compresseur de charge dans un groupe auxiliaire de puissance - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une unité de commande et un procédé de commande d’un groupe auxiliaire de puissance d’un aéronef. Le groupe auxiliaire de puissance (1) comprend : un compresseur de charge (23) agencé pour alimenter en air comprimé un réseau pneumatique (30) de l’aéronef, une conduite d’alimentation en air (21) disposée en amont du compresseur de charge pour l’alimenter en air, une vanne d’entrée d’air (22) agencée pour réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge, une conduite d’évacuation d’air (26) disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère, et une vanne de décharge (27) disposée sur la conduite d’évacuation d’air (26) et agencée pour réguler un débit d’évacuation d’air comprimé vers l’atmosphère. L’unité de commande (2) selon l’invention est configurée pour : déterminer une marge au pompage du compresseur de charge, comparer la marge au pompage avec un seuil prédéterminé, et en cas de marge au pompage inférieure au seuil prédéterminé, actionner la vanne de décharge (27) vers la position ouverte et la vanne d’entrée d’air (22) vers la position fermée. Figure à publier : figure 1
Description
L’invention se situe dans le domaine de la régulation d’un compresseur de charge équipant un groupe auxiliaire de puissance d’un aéronef. Elle vise à empêcher le phénomène de pompage au sein du compresseur de charge, notamment en cas de brusque diminution de la demande en air comprimé par un réseau pneumatique de l’aéronef. L’invention concerne une unité de commande pour un groupe auxiliaire de puissance d’un aéronef, un groupe auxiliaire de puissance intégrant une telle unité de commande, un aéronef équipé du groupe auxiliaire de puissance, et un procédé de commande d’un groupe auxiliaire de puissance.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Un aéronef est généralement équipé de moteurs principaux et d’un groupe auxiliaire de puissance. Les moteurs principaux sont dédiés à la propulsion et, en régime de croisière, à la production d’énergie pour les différents équipements embarqués. Le groupe auxiliaire de puissance, appelé « Auxiliary Power Unit » (APU) en anglais, est un dispositif de fourniture de différents types d’énergie (électrique, hydraulique, pneumatique, mécanique) permettant d’alimenter les équipements embarqués, notamment lorsque les moteurs principaux sont à l’arrêt. Un groupe auxiliaire de puissance comprend typiquement un turbomoteur et un compresseur de charge entraîné mécaniquement par le turbomoteur afin d’alimenter en air comprimé un réseau pneumatique de l’aéronef, notamment un système de conditionnement d’air. Ce système de conditionnement d’air, appelé « Environmental Control System » (ECS) en anglais, comprend une vanne réglable ou plusieurs vannes réglables fonctionnant simultanément comme une unique vanne réglable équivalente. Cette vanne réglable (équivalente), appelée « vanne ECS », permet de réguler le débit d’air comprimé en provenance du compresseur de charge. La vanne ECS peut être complètement fermée lorsque le système de conditionnement d’air est alimenté par les moteurs principaux. Dans les situations où la demande en air comprimé est relativement faible, voire nulle, le compresseur de charge est susceptible d’être soumis à un phénomène de pompage qui risque de l’endommager.
Une solution pour limiter le risque de pompage consiste à réguler le débit d’air en entrée du compresseur de charge par une vanne d’entrée d’air, par exemple formée par un ensemble de volets appelés « Inlet Guide Vanes » (IGV) en anglais. Pour une faible demande en air comprimé, la vanne d’entrée d’air peut être positionnée en position semi-fermée ou fermée. Néanmoins, la commande de la vanne d’entrée d’air n’est pas réalisée en fonction du risque de pompage mais en fonction de la demande en air de l’avion. Par ailleurs, la vanne d’entrée d’air ne permettant pas de stopper complètement le flux d’air entrant dans le compresseur de charge, un phénomène de pompage risque de se produire en cas de fermeture totale de la vanne ECS.
Afin d’empêcher l’apparition du phénomène de pompage au cours des variations de la demande en air comprimé, notamment au cours de l’actionnement de la vanne ECS, le groupe auxiliaire de puissance est généralement équipé d’une vanne de décharge disposée en aval du compresseur de charge et commandée en fonction de la position de la vanne ECS ou du risque de pompage. Ainsi, la demande US 4,164,035 décrit un système de contrôle de pompage pour un compresseur comprenant une vanne de décharge commandée en fonction du rapport de pression entre la sortie et l’entrée du compresseur. La demande EP 2 674 591 A1 décrit un système de régulation de fourniture d’air comprimé par un compresseur de charge. Le système de régulation comprend une vanne de régulation dont l’ouverture est pilotée en fonction d’un différentiel de pression entre une valeur de consigne et une pression mesurée en sortie du compresseur de charge. La vanne de décharge doit fonctionner avec un temps de réponse inférieur à la vitesse d’évolution de la demande en air comprimé. Or cette demande peut évoluer rapidement, ce qui implique de fortes contraintes sur le choix de la technologie de vanne de décharge et sur ses dimensions. La vanne de décharge présente ainsi un encombrement, une masse et un coût impactant négativement le groupe auxiliaire de puissance.
Compte tenu de ce qui précède, l’invention a pour objectif d’empêcher l’apparition du phénomène de pompage dans un compresseur de charge, notamment au cours des transitions de demande en air comprimé, à l’aide d’une solution impliquant une masse, un encombrement et un coût limités.
À cet effet, l’invention repose sur une régulation de la pression en sortie du compresseur de charge à l’aide non seulement de la vanne de décharge, mais aussi de la vanne d’entrée d’air du compresseur de charge. La vanne de décharge et la vanne d’entrée d’air sont commandées en fonction d’une estimation d’une marge au pompage, c’est-à-dire en fonction d’un écart entre un point de fonctionnement du compresseur de charge et la ligne de pompage estimée du compresseur. Ainsi, aussi bien la vanne de décharge que la vanne d’entrée d’air sont commandées en fonction d’une évaluation effective du risque d’apparition du phénomène de pompage, et non en fonction de la position d’une vanne dans le réseau pneumatique de l’aéronef.
Plus précisément, l’invention a pour objet une unité de commande pour un groupe auxiliaire de puissance d’un aéronef, le groupe auxiliaire de puissance comprenant :
- un compresseur de charge agencé pour alimenter en air comprimé un réseau pneumatique de l’aéronef,
- une conduite d’alimentation en air disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
- une vanne d’entrée d’air disposée sur la conduite d’alimentation en air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
- une conduite d’évacuation d’air disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère, et
- une vanne de décharge disposée sur la conduite d’évacuation d’air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé.
Selon l’invention, l’unité de commande est configurée pour :
- déterminer une marge au pompage représentative d’un écart entre un point de fonctionnement du compresseur de charge et une ligne de pompage de ce compresseur de charge,
- comparer la marge au pompage avec un seuil de sécurité prédéterminé, et
- en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé, actionner la vanne de décharge vers une position ouverte et actionner la vanne d’entrée d’air vers une position fermée.
- un compresseur de charge agencé pour alimenter en air comprimé un réseau pneumatique de l’aéronef,
- une conduite d’alimentation en air disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
- une vanne d’entrée d’air disposée sur la conduite d’alimentation en air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
- une conduite d’évacuation d’air disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère, et
- une vanne de décharge disposée sur la conduite d’évacuation d’air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé.
Selon l’invention, l’unité de commande est configurée pour :
- déterminer une marge au pompage représentative d’un écart entre un point de fonctionnement du compresseur de charge et une ligne de pompage de ce compresseur de charge,
- comparer la marge au pompage avec un seuil de sécurité prédéterminé, et
- en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé, actionner la vanne de décharge vers une position ouverte et actionner la vanne d’entrée d’air vers une position fermée.
Lorsqu’une position de la vanne d’entrée d’air est également commandée en fonction d’un ou plusieurs autres paramètres, par exemple en fonction d’une demande en air comprimé ou d’un degré d’ouverture d’une vanne de régulation dans le réseau pneumatique de l’aéronef, la commande en fonction de la marge au pompage est prioritaire sur les autres commandes.
Selon une forme particulière de réalisation, l’unité de commande est configurée pour déclencher simultanément l’actionnement de la vanne de décharge vers la position ouverte et l’actionnement de la vanne d’entrée d’air vers la position fermée.
Selon un premier mode de réalisation, la vanne d’entrée d’air étant agencée pour pouvoir prendre au moins une position intermédiaire entre la position de pleine ouverture et la position fermée, l’unité de commande est configurée pour comparer la marge au pompage avec différents seuils de sécurité prédéterminés et pour actionner la vanne d’entrée d’air dans la position fermée ou dans une position intermédiaire en fonction du seuil de sécurité prédéterminé le plus proche sous lequel se situe la marge au pompage. Plus la marge au pompage est faible et plus l’ouverture de la vanne d’entrée d’air doit être faible.
Selon un deuxième mode de réalisation, l’unité de commande est configurée pour actionner la vanne d’entrée d’air dans la position de fermeture maximale.
Selon un troisième mode de réalisation, compatible avec les premier et deuxième modes de réalisation, la vanne de décharge étant agencée pour pouvoir prendre au moins une position intermédiaire entre la position de pleine ouverture et la position fermée, l’unité de commande est configurée pour comparer la marge au pompage avec différents seuils de sécurité prédéterminés et pour actionner la vanne de décharge dans la position ouverte ou dans une position intermédiaire en fonction du seuil de sécurité prédéterminé le plus proche sous lequel se situe la marge au pompage. Plus la marge au pompage est faible et plus l’ouverture de la vanne de décharge doit être grande.
Selon un quatrième mode de réalisation, compatible avec les premier et deuxième modes de réalisation, l’unité de commande est configurée pour actionner la vanne de décharge dans la position d’ouverture maximale.
L’unité de commande peut être configurée pour actionner la vanne d’entrée d’air dans la position de pleine ouverture ou dans une position intermédiaire après une période de fermeture de la vanne d’entrée d’air prédéterminée, débutant au déclenchement de l’actionnement de la vanne d’entrée d’air vers la position fermée. Plus généralement, l’unité de commande peut être configurée pour libérer la commande de la vanne d’entrée d’air.
L’unité de commande peut être configurée pour actionner la vanne de décharge dans la position fermée ou dans une position intermédiaire après une période d’ouverture de la vanne de décharge prédéterminée, débutant au déclenchement de l’actionnement de la vanne de décharge vers la position ouverte. Plus généralement, l’unité de commande peut être configurée pour libérer la commande de la vanne de décharge.
La période de fermeture de la vanne d’entrée d’air et la période d’ouverture de la vanne de décharge peuvent être égales. Elles ont par exemple une durée égale à 5 secondes, 10 secondes ou 20 secondes.
Selon une forme particulière de réalisation, le réseau pneumatique de l’aéronef comprenant une vanne de régulation agencée pour réguler un débit d’air comprimé utilisé par l’aéronef, l’unité de commande est configurée pour déterminer une commande de la vanne de régulation et/ou une position de la vanne de régulation, et pour déterminer une marge au pompage lorsqu’une commande et/ou une position de la vanne de régulation évolue.
L’invention a également pour objet un groupe auxiliaire de puissance d’un aéronef comprenant :
- un compresseur de charge agencé pour pouvoir alimenter en air comprimé un réseau pneumatique de l’aéronef,
- une conduite d’alimentation en air disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
- une vanne d’entrée d’air disposée sur la conduite d’alimentation en air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
- une conduite d’évacuation d’air disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère,
- une vanne de décharge disposée sur la conduite d’évacuation d’air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé, et
- une unité de commande telle que décrite précédemment.
- un compresseur de charge agencé pour pouvoir alimenter en air comprimé un réseau pneumatique de l’aéronef,
- une conduite d’alimentation en air disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
- une vanne d’entrée d’air disposée sur la conduite d’alimentation en air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
- une conduite d’évacuation d’air disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère,
- une vanne de décharge disposée sur la conduite d’évacuation d’air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé, et
- une unité de commande telle que décrite précédemment.
Le groupe auxiliaire de puissance peut également comporter une conduite de fourniture d’air comprimé raccordée à une sortie du compresseur de charge et agencée pour être raccordée à une entrée du réseau pneumatique de l’aéronef.
L’invention a encore pour objet un aéronef comprenant un réseau pneumatique et un groupe auxiliaire de puissance tel que décrit précédemment.
Encore un autre objet de l’invention concerne un procédé de commande d’un groupe auxiliaire de puissance pour un aéronef, le groupe auxiliaire de puissance comprenant :
- un compresseur de charge agencé pour pouvoir alimenter en air comprimé un réseau pneumatique de l’aéronef,
- une conduite d’alimentation en air disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
- une vanne d’entrée d’air disposée sur la conduite d’alimentation en air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
- une conduite d’évacuation d’air disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère, et
- une vanne de décharge disposée sur la conduite d’évacuation d’air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé.
Selon l’invention, le procédé comprend :
- une étape de détermination d’une marge au pompage représentative d’un écart entre un point de fonctionnement du compresseur de charge et une ligne de pompage de ce compresseur de charge,
- une étape de comparaison de la marge au pompage avec un seuil de sécurité prédéterminé, et
- en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé,
▫ une étape d’actionnement de la vanne de décharge vers une position ouverte et
▫ une étape d’actionnement de la vanne d’entrée d’air vers une position fermée.
- un compresseur de charge agencé pour pouvoir alimenter en air comprimé un réseau pneumatique de l’aéronef,
- une conduite d’alimentation en air disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
- une vanne d’entrée d’air disposée sur la conduite d’alimentation en air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
- une conduite d’évacuation d’air disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère, et
- une vanne de décharge disposée sur la conduite d’évacuation d’air et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé.
Selon l’invention, le procédé comprend :
- une étape de détermination d’une marge au pompage représentative d’un écart entre un point de fonctionnement du compresseur de charge et une ligne de pompage de ce compresseur de charge,
- une étape de comparaison de la marge au pompage avec un seuil de sécurité prédéterminé, et
- en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé,
▫ une étape d’actionnement de la vanne de décharge vers une position ouverte et
▫ une étape d’actionnement de la vanne d’entrée d’air vers une position fermée.
Selon une forme particulière de réalisation, l’étape d’actionnement de la vanne de décharge vers la position ouverte et l’étape d’actionnement de la vanne d’entrée d’air vers la position fermée sont déclenchées simultanément.
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 faite en référence aux dessins annexés pour lesquels :
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
La figure 1 représente schématiquement un exemple de groupe auxiliaire de puissance 1 apte à équiper un aéronef. Le groupe auxiliaire de puissance 1, appelé « Auxiliary Power Unit » (APU) en anglais, comprend une unité de commande 2, un générateur de gaz 10 et un système de fourniture d’air comprimé 20. L’unité de commande 2 est agencée pour commander le système de fourniture d’air comprimé 20, comme décrit ci-après. Elle peut également être agencée pour commander le générateur de gaz 10. Dans une forme particulière de réalisation, elle est intégrée dans le système de régulation électronique numérique à pleine autorité du moteur, ou « full-authority digital engine control » (FADEC) en anglais.
Le générateur de gaz 10 comporte un compresseur principal 11, une chambre de combustion 12, une turbine 13, une tuyère 14, un arbre de puissance 15, une conduite d’entrée d’air 16, une conduite d’air comprimé 17, une conduite de gaz brûlés 18 et une conduite d’éjection 19. Le compresseur principal 11 est alimenté en air par la conduite d’entrée d’air 16 et fournit de l’air comprimé à la chambre de combustion 12 par l’intermédiaire de la conduite d’air comprimé 17. L’air comprimé est mélangé à du carburant dans la chambre de combustion 12. La combustion de ce mélange génère des gaz fortement énergétiques qui sont conduits dans la turbine 13 par la conduite de gaz brûlés 18. Le passage de ces gaz dans la turbine 13 entraîne sa rotation. L’arbre de puissance 15 relie mécaniquement la turbine 13 au compresseur principal 11, de sorte que le compresseur principal 11 est également entraîné en rotation. Après leur passage dans la turbine 13, les gaz d’échappement sont éjectés du groupe auxiliaire de puissance 1 par la conduite d’éjection 19 et la tuyère 14.
Le système de fourniture d’air comprimé 20 est agencé pour alimenter en air comprimé un réseau pneumatique 30 de l’aéronef, par exemple un système de conditionnement d’air de l’aéronef. Il comprend une conduite d’alimentation en air 21, une vanne d’entrée d’air 22, un compresseur de charge 23, une conduite de fourniture d’air comprimé 24, un port de sortie d’air comprimé 25, une conduite d’évacuation d’air 26, une vanne de décharge 27, un capteur de pression en entrée 28 et un capteur de pression en sortie 29. La conduite d’alimentation en air 21 est raccordée à la conduite d’entrée d’air 16 et à une entrée du compresseur de charge 23. La vanne d’entrée d’air 22 est munie d’au moins un élément d’obturation pouvant occuper une position fermée et au moins une position ouverte. Chaque position ouverte correspond à une position de pleine ouverture ou d’ouverture intermédiaire. Les éléments d’obturation sont par exemple formés par un ensemble de volets pivotants. La vanne d’entrée d’air 22 est positionnée sur la conduite d’alimentation en air 21 et peut prendre différentes positions entre la position de pleine ouverture et la position fermée, de manière à réguler le débit d’air parvenant en entrée du compresseur de charge 23 sans interférer sur le débit d’air parvenant au compresseur principal 11. La vanne d’entrée d’air 22 est également appelée « IGV » ou « volets IGV », d’après l’expression anglo-saxonne « Inlet Guide Vanes ». Le compresseur de charge 23 est par exemple un compresseur radial. Il est relié mécaniquement à l’arbre de puissance 15 afin d’être entrainé en rotation avec le compresseur principal 11 et la turbine 13. La conduite de fourniture d’air comprimé 24 est raccordée à une sortie du compresseur de charge 23 et au port de sortie d’air comprimé 25. La conduite d’évacuation d’air 26 est raccordée à la conduite de fourniture d’air comprimé 24 et débouche dans l’atmosphère ou dans la tuyère 14 par l’intermédiaire de la vanne de décharge 27. La vanne de décharge 27 peut prendre au moins une position de pleine ouverture, dans laquelle le flux d’air comprimé en sortie du compresseur de charge 23 peut s’évacuer vers l’atmosphère, et une position fermée, dans laquelle le flux d’air comprimé ne peut pas s’évacuer vers l’atmosphère. La vanne de décharge 27 peut éventuellement prendre plusieurs positions d’ouverture intermédiaire entre la position de pleine ouverture et la position fermée, de façon à réguler le débit d’évacuation d’air comprimé. Le capteur de pression en entrée 28 et le capteur de pression en sortie 29 mesurent respectivement une pression en entrée et une pression en sortie du compresseur de charge 23.
Le réseau pneumatique 30 de l’aéronef peut être raccordé au port de sortie d’air comprimé 25. Il peut notamment comporter un système de conditionnement d’air d’une cabine de l’aéronef, appelé « Environmental Control System » (ECS) en anglais. Le réseau pneumatique 30 comporte une vanne de régulation 31 disposée en entrée du réseau pneumatique 30 et régulant le débit d’air comprimé utilisé. La vanne de régulation 31, appelée aussi vanne d’isolation dans le cas d’une vanne tout ou rien apte à isoler le réseau pneumatique 30 vis-à-vis du système de fourniture d’air comprimé 20, peut être commandée par le système de régulation électronique numérique à pleine autorité (FADEC) d’un moteur principal de l’aéronef ou par un système de régulation de l’aéronef. Elle peut notamment être commandée dans la position ouverte lorsque les moteurs principaux de l’aéronef sont éteints et que l’air comprimé est fourni au réseau pneumatique 30 par le système de fourniture d’air comprimé 20 du groupe auxiliaire de puissance 1, et dans la position fermée lorsque l’air comprimé est fourni au réseau pneumatique 30 par les moteurs principaux.
L’unité de commande 2 est configurée pour commander la vanne d’entrée d’air 22 et la vanne de décharge 27 afin de réguler la pression en sortie du compresseur de charge 23 et empêcher l’apparition du phénomène de pompage. Plus précisément, elle est configurée pour déterminer une marge au pompage, comparer la marge au pompage avec un seuil de sécurité prédéterminé et, en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé, actionner la vanne de décharge 27 vers la position ouverte et actionner la vanne d’entrée d’air 22 vers la position fermée. La détermination de la marge au pompage s’effectue par exemple à l’aide d’un estimateur mis en œuvre par un calculateur de l’unité de commande 2. De façon alternative, il peut être prévu que le calculateur embarque une cartographie du compresseur, et dans ce cas l’unité de commande 2 a accès à un ensemble de courbes caractéristiques du compresseur de charge 23, chaque courbe étant établie pour une vitesse de rotation donnée. Pour chaque courbe, l’abscisse indique le débit massique et l’ordonnée indique un rapport de la pression de sortie sur la pression d’entrée du compresseur de charge 23. L’ensemble des courbes caractéristiques est appelé « carte du compresseur de charge ». Une ligne de pompage est définie sur la carte du compresseur de charge comme une limite au-delà de laquelle le compresseur de charge 23 subit un phénomène de pompage. La marge au pompage est alors définie comme un écart, le long d’une courbe caractéristique, entre un point de fonctionnement du compresseur de charge 23 et l’intersection de la courbe caractéristique avec la ligne de pompage. Le point de fonctionnement du compresseur de charge 23 est défini par son débit massique et un rapport de la pression de sortie sur la pression d’entrée. De manière générale, l’unité de commande 2 est agencée pour recevoir les mesures du capteur de pression en entrée 28 et du capteur de pression en sortie 29, voire aussi une estimation du débit du compresseur de charge 23. L’estimation du débit peut être déterminée à partir de différents paramètres mesurés. L’unité de commande 2 est configurée pour déterminer le point de fonctionnement du compresseur de charge 23 et estimer la marge au pompage pour ce point de fonctionnement, comparer la marge au pompage estimée avec un seuil de sécurité prédéterminé et, en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé, actionner la vanne de décharge 27 vers la position ouverte et actionner la vanne d’entrée d’air 22 vers la position fermée.
La figure 2 représente un exemple de procédé de commande du groupe auxiliaire de puissance 1 décrit en référence à la figure 1. Le procédé 40 comprend une étape 41 de détermination de la position d’ouverture ou de la commande d’ouverture de la vanne de régulation 31 du réseau pneumatique 30. Éventuellement, l’étape 41 peut consister à surveiller uniquement une fermeture ou une commande de fermeture de la vanne de régulation 31. Lorsqu’il est déterminé que la position d’ouverture ou la commande d’ouverture n’est pas modifiée, l’étape 41 se poursuit. En revanche, lorsqu’il est déterminé que la position d’ouverture ou la commande d’ouverture est modifiée, le procédé se poursuit dans l’objectif de déterminer si un phénomène de pompage est susceptible de se produire. Le procédé déclenche alors une étape 42 de détermination de la pression en entrée et de la pression en sortie du compresseur de charge 23. Le point de fonctionnement du compresseur de charge 23 est alors déterminé en fonction de ces données dans une étape 43. Le procédé 40 comprend ensuite une étape 44 d’estimation de la marge au pompage en fonction du point de fonctionnement et de la ligne de pompage du compresseur de charge 23, et une étape 45 de comparaison de la marge au pompage avec un seuil de sécurité prédéterminé Ssécu. Si la marge au pompage est supérieure au seuil de sécurité prédéterminé, le procédé se poursuit avec une nouvelle séquence de vérification de la marge au pompage débutant à l’étape 42 de détermination de la pression en entrée et de la pression en sortie du compresseur de charge. Plusieurs séquences de vérification incluant les étapes 42 à 45 peuvent être effectuées pendant une période prédéterminée ou tant que la vanne de régulation 31 est actionnée. En revanche, si la marge au pompage est inférieure au seuil de sécurité prédéterminé, le procédé 40 se poursuit avec une étape 46 d’ouverture de la vanne de décharge 27, une étape 47 de fermeture de la vanne d’entrée d’air 22 et une étape 48 de déclenchement d’un décompte de temps d’une durée prédéterminée. L’étape 46 consiste à amener la vanne de décharge 27 dans sa position de pleine ouverture ou dans une position d’ouverture supérieure à sa position courante. L’étape 47 consiste à amener la vanne d’entrée d’air 22 dans la position fermée ou dans une position présentant une ouverture inférieure à sa position d’ouverture courante. La durée du décompte de temps est par exemple égale à 5 secondes, 10 secondes ou 20 secondes. Cette durée est de préférence supérieure à la durée nécessaire à la vanne de régulation 31 pour passer de la position ouverte à la position fermée. Le procédé 40 se poursuit ensuite avec une étape 49 de vérification que le décompte de temps est écoulé. Si ce décompte n’est pas terminé, la vanne de décharge 27 est maintenue dans la position ouverte et la vanne d’entrée d’air 22 est maintenue dans la position fermée. À l’expiration du décompte de temps, le procédé 40 comprend alors une étape 50 de fermeture de la vanne de décharge 27 et une étape 51 d’ouverture de la vanne d’entrée d’air 22. L’étape 50 consiste à amener la vanne de décharge 27 dans sa position de fermeture ou dans sa position précédente. L’étape 51 consiste à amener la vanne d’entrée d’air 22 dans sa position de pleine ouverture ou dans sa précédente position. Le procédé 40 peut ensuite être réitéré à partir de l’étape 41 de détermination de la position d’ouverture ou de la commande d’ouverture de la vanne de régulation 31.
Il est à noter que le procédé de commande selon l’invention peut être mis en œuvre à partir d’une information reçue de l’avion sur toute vanne de régulation du réseau pneumatique de l’aéronef. Il peut également être réalisé en continu, indépendamment de la surveillance d’une vanne de régulation. Par ailleurs, l’invention a été décrite en considérant une marge au pompage déterminée à partir d’un rapport de pression du compresseur de charge. Néanmoins, tout autre paramètre susceptible de représenter un risque de phénomène de pompage peut être utilisé afin de déclencher le processus de protection du compresseur de charge par une action conjointe d’ouverture de la vanne de décharge et de fermeture de la vanne d’entrée d’air.
La figure 3 illustre, par des chronogrammes, la mise en œuvre du procédé de commande selon l’invention. Un premier chronogramme 60 représente la position d’ouverture de la vanne de régulation 31 en fonction du temps. Un deuxième chronogramme 70 représente la position d’ouverture de la vanne de décharge 27 en fonction du temps. Un troisième chronogramme 80 représente la position d’ouverture de la vanne d’entrée d’air 22 en fonction du temps. Un quatrième chronogramme 90 représente un paramètre de fonctionnement du compresseur de charge 23 représentatif du risque de phénomène de pompage, en fonction du temps. Sur ce chronogramme 90 sont également représentés le seuil de sécurité Ssécuet un seuil de pompage Spomp, sous lequel le phénomène de pompage se produit. On considère qu’à un instant initial t0, la vanne de régulation 31 et la vanne d’entrée d’air 22 sont dans leur position de pleine ouverture et que la vanne de décharge 27 est dans la position fermée. Dans cette configuration, le paramètre de fonctionnement du compresseur de charge est supérieur au seuil de sécurité Ssécu. À un instant t1, la vanne de régulation 31 commence à se fermer. Du fait de la fermeture de la vanne de régulation 31, le paramètre de fonctionnement du compresseur de charge devient inférieur au seuil de sécurité Ssécuà un instant t2. L’unité de commande 2 déclenche alors l’ouverture de la vanne de décharge 27 et la fermeture de la vanne d’entrée d’air 22. Sur les chronogrammes de la figure 3, un décalage temporel peut être observé entre le début de l’ouverture de la vanne de décharge 27, à l’instant t2, et le début de la fermeture de la vanne d’entrée d’air 22, à un instant t3. Ce décalage temporel est dû à des temps de réponse différents des deux vannes, malgré des commandes simultanées. Le paramètre de fonctionnement du compresseur de charge est alors encore susceptible de diminuer et de se rapprocher du seuil de pompage Spomp. Néanmoins, le paramètre de fonctionnement minimal, atteint à l’instant t4, proche de l’instant auquel la vanne de régulation 31 atteint sa position de fermeture, reste supérieur au seuil de pompage Spomp. Le compresseur de charge 23 est ainsi protégé du phénomène de pompage.
Claims (11)
- Unité de commande (2) pour un groupe auxiliaire de puissance d’un aéronef, le groupe auxiliaire de puissance (1) comprenant :
un compresseur de charge (23) agencé pour pouvoir alimenter en air comprimé un réseau pneumatique (30) de l’aéronef,
une conduite d’alimentation en air (21) disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
une vanne d’entrée d’air (22) disposée sur la conduite d’alimentation en air (21) et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
une conduite d’évacuation d’air (26) disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère, et
une vanne de décharge (27) disposée sur la conduite d’évacuation d’air (26) et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé,
l’unité de commande (2) étant configurée pour :
déterminer (44) une marge au pompage représentative d’un écart entre un point de fonctionnement du compresseur de charge (23) et une ligne de pompage de ce compresseur de charge,
comparer (45) la marge au pompage avec un seuil de sécurité (Ssécu) prédéterminé, et
en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé, actionner (46) la vanne de décharge (27) vers une position ouverte et actionner (47) la vanne d’entrée d’air (22) vers une position fermée. - Unité de commande selon la revendication 1, configurée pour déclencher simultanément l’actionnement (46) de la vanne de décharge (27) vers la position ouverte et l’actionnement (47) de la vanne d’entrée d’air (22) vers la position fermée.
- Unité de commande selon l’une des revendications 1 et 2, la vanne d’entrée d’air (22) étant agencée pour pouvoir prendre au moins une position intermédiaire entre la position de pleine ouverture et la position fermée, l’unité de commande (2) étant configurée pour comparer la marge au pompage avec différents seuils de sécurité prédéterminés et pour actionner la vanne d’entrée d’air (22) dans la position fermée ou dans une position intermédiaire en fonction du seuil de sécurité prédéterminé le plus proche sous lequel se situe la marge au pompage.
- Unité de commande selon l’une des revendications précédentes, la vanne de décharge (27) étant agencée pour pouvoir prendre au moins une position intermédiaire entre la position de pleine ouverture et la position fermée, l’unité de commande (2) étant configurée pour comparer la marge au pompage avec différents seuils de sécurité prédéterminés et pour actionner la vanne de décharge (27) dans la position de pleine ouverture ou dans une position intermédiaire en fonction du seuil de sécurité prédéterminé le plus proche sous lequel se situe la marge au pompage.
- Unité de commande selon l’une des revendications précédentes, configurée pour actionner la vanne d’entrée d’air (22) dans la position de pleine ouverture ou dans une position intermédiaire après une période de fermeture de la vanne d’entrée d’air prédéterminée, débutant au déclenchement de l’actionnement de la vanne d’entrée d’air vers la position fermée.
- Unité de commande selon l’une des revendications précédentes, configurée pour actionner la vanne de décharge (27) dans la position fermée ou dans une position intermédiaire après une période d’ouverture de la vanne de décharge prédéterminée, débutant au déclenchement de l’actionnement de la vanne de décharge vers la position ouverte.
- Unité de commande selon l’une des revendications précédentes, le réseau pneumatique (30) comprenant une vanne de régulation (31) agencée pour réguler un débit d’air comprimé utilisé par l’aéronef, l’unité de commande (2) étant configurée pour déterminer (41) une commande de la vanne de régulation et/ou une position de la vanne de régulation, et pour déterminer une marge au pompage lorsqu’une commande et/ou une position de la vanne de régulation évolue.
- Groupe auxiliaire de puissance (1) d’un aéronef comprenant :
un compresseur de charge (23) agencé pour pouvoir alimenter en air comprimé un réseau pneumatique (30) de l’aéronef,
une conduite d’alimentation en air (21) disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
une vanne d’entrée d’air (22) disposée sur la conduite d’alimentation en air (21) et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
une conduite d’évacuation d’air (26) disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé vers l’atmosphère,
une vanne de décharge (27) disposée sur la conduite d’évacuation d’air (26) et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé, et
une unité de commande (2) selon l’une des revendications précédentes. - Aéronef comprenant un réseau pneumatique (30) et un groupe auxiliaire de puissance (1) selon la revendication 8.
- Procédé de commande d’un groupe auxiliaire de puissance pour un aéronef, le groupe auxiliaire de puissance (1) comprenant :
un compresseur de charge (23) agencé pour pouvoir alimenter en air comprimé un réseau pneumatique (30) de l’aéronef,
une conduite d’alimentation en air (21) disposée en amont du compresseur de charge et agencée pour alimenter en air le compresseur de charge,
une vanne d’entrée d’air (22) disposée sur la conduite d’alimentation en air (21) et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’air entrant dans le compresseur de charge,
une conduite d’évacuation d’air (26) disposée en aval du compresseur de charge et agencée pour évacuer un excès d’air comprimé, et
une vanne de décharge (27) disposée sur la conduite d’évacuation d’air (26) et agencée pour être actionnée entre une position de pleine ouverture et une position fermée, de façon à réguler un débit d’évacuation d’air comprimé,
le procédé de commande (40) comprenant :
une étape (44) de détermination d’une marge au pompage représentative d’un écart entre un point de fonctionnement du compresseur de charge et une ligne de pompage de ce compresseur de charge,
une étape (45) de comparaison de la marge au pompage avec un seuil de sécurité (Ssécu) prédéterminé, et
en cas de marge au pompage inférieure au seuil de sécurité prédéterminé,- une étape (46) d’actionnement de la vanne de décharge (27) vers une position ouverte et
- une étape (47) d’actionnement de la vanne d’entrée d’air (22) vers une position fermée.
- Procédé de commande selon la revendication 10, dans lequel l’étape (46) d’actionnement de la vanne de décharge (27) vers la position ouverte et l’étape (47) d’actionnement de la vanne d’entrée d’air (22) vers la position fermée sont déclenchées simultanément.
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- 2020-05-07 FR FR2004569A patent/FR3109966B1/fr active Active
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