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-SYSTEME DE CONTROLE A LIMITATIONS DYNAMIQUES.-
La présente invention est relative à un système de con- trôle ayant des limitations dynamiques de contrôle, et plus particu- lièrement, à un tel système-spécialement adapté pour être utilisé avec un groupe moto-propulseur à'turbine à gaz.
On connait l'utilisation d'un signal correspondant à une vitesse et un débit de puissance désirés de l'engin, et d'un si- gnal s'opposant au signal choisi pour indiquer le dégrève réalisation des conditions choisies. Une différence entre ces signaux opposés est transmise à un appareil de réglage de la valve d'admission du combus- tible, de manière à faire varier l'arrivée du combustible au groupe
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pour réaliser les conditions désirées de puissance débitée.
Certaines demandes peuvent être faites par le réglage du sélecteur de puissance, spécialement durant le fonctionnement transi- toire au cours duquel des variations de vitesse et de puissance sont requises, lorsque certaines conditions de fonctionnement du groupe moto-propulseur, autres que la vitesse, peuvent atteindre des valeurs indésirables. Par exemple, la température maximum de l'engin au-aes- sus de laquelle il y a danger de destruction de l'engin, peut être dépassée.
Aussi, lors d'une accélération rapide de l'Engin, une tel- le grande quantité de combustible peut être introduite dans les cham- bres de combustion qu'elle donne lieu à un- rapport trop élevé de la quantité de combustible par rapport à la quantité d'air de combustion, ce qui peut provoquer une "perte de vitesse" aérodynamique du com- presseur de l'engin, condition d'instabilité dans l'engin qui n'est pas productrice de puissance, et peut provoquer des détériorations.
Un autre résultat indésirable d'un mélange trop "riche" en combusti- ble est la cessation'de la combustion, appelée "extinction du mélange riche". Ceci est indésirable car un délai appréciable et de la perte de puissance seront occasionnés par la nécessité de faire "redémar- rer" l'engin à une vitesse fortement réduite. Dans des conditions de ralentissement de l'engin; lorsque la puissance débitée est réduite, une réduction du cobmustible en dessous d'un niveau minimum requis peut aussi donner lieu à l'"extinction" de l'engin.
Un objet de, la présente invention est de présenter un système de contrôle perfectionné pour un groupe moto-propulseur, pour r réaliser le réglage de la puissance débitée en fonction du débit de combustible, mais possédant des contrôles automatiques de limitation dynamique pour limiter la quantité de combustible qui doit être four- nie au groupe pour éviter des conditions indésirables de fonotionne- ment du groupe.
Un système de contrôle électrique peut être utilisé dans lequel un appareil sélecteur de puissance choisit une tension correspondant à une vitesse à laquelle la puissance désirée sera obte. nue. Cette tension choisie est équilibrée par une génératrice tachy-
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métrique qui mesure le degré de réalisation de la vitesse deairée, et la tension d'erreur de vitesse résultante est utilisée pour régler la valve d'admission du combustible.
Plusieurs contrôles de limitation sont connectés au circuit de tension d'erreur de vitesse au moyen d'appareils redresseurs de courant qui sont alimentés par des signaux de polarité appropriée lors.de la production de valeurs de limitation des conditions de fonctionnement de l'engin, telle que la pression de décharge du compresseur, pour dépasser le signal de tension d'erreur qui serait autrement effectif pour amener le système à excéder la li- mite désirée.
La figure représente un groupe moto-propulseur 10 à turbine à gaz, comprenant un compresseur 11, un passage d'entrée 12 au compresseur/une chambre de combustion 13, une turbine 14 connec- tée au compresseur 11 par un arbre 15, et un tuyau de sortie 16. Cet engin est celui dénommé souvent engin "jet". Le combustible liquide est fourni aux chambres de combustion 13 de l'engin 10 par les ori- fices 17 prévus dans le tube 18 d'amenée du combustible, à travers une valve 19, de telle sorte que le débit du combustible dépend de la position de la valve. La position de cette dernière est commandée par un élément 20 coopérant avec une came 21.
Le combustible liqui- de peut être fourni à la valve 19, à partir d'un réservoir convenable, par l'intermédiaire ,d'une pompe (non représentée) et du conduit 22.
Laposition de la came est commandée par un moteur 23 de manière à réaliser les vitesses de rotation du groupe choisies par un sélecteur 24.
Le sélecteur 24 est connecté par l'intermédiaire d'un arbre représenté schématiquement en 25 au contact mobile 27 d'un po- tentiomètre variable 26. Ce dernier est connecté à la terre en 28 et aux bornes d'une source de tension continue positive, une batterie 29 par exemple. Le réglage du contact 27 du potentiomètre par le sélecteur 24, règle donc une tension au potentiomètre qui peut être transmise à un amplificateur 34 par l'intermédiaire des impédances 30, 31, 23 et 33 connectées en série. La tension y est amplifiée et transmise par la liaison 35 au moteur 23 réglant la position de la
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valve 19.
Une génératrice tachymétrique 40 peut être connectée par un arbre 41, ainsi que représenté schématiquement, ou par un train d'engrenages, au rotor de l'engin 10, pour réaliser une tension proportionnelle à la vitesse du rotor, qui est transmise à l'impé- dance 30 par l'intermédiaire,des liaisons 42. La polarité de la ten- sion fournie par le tachymètre 40 et appliquée aux bornes de l'impé- dance 30 est opposée à celle de la tension au contact 27 du poten- tiomètre. Il est évident que la génératrice tachymétrique 40 peut fournir du courant continu et qu'une génératrice tachymétrique à cou- rant alternatif peut être utilisée, avec un redresseur convenable, (non représenté).
Lorsque la vitesse choisie par le réglage du poten- tiomètre 26 est réalisée, la tension'appliquée par la génératrice ta- chymétrique 40 aux bornes de l'impédance 30 équilibre exactement la tension choisie de telle sorte qu'aucun signal d'erreur n'est trans- mis à l'amplificateur 34 par les impédances 31, 32 et 33. Tel que décrit jusqu'à présent, le système est essentiellement un circuit pour choisir et maintenir une vitesse désirée du groupe parle contrôle automatique de l'arrivée de combustible.
Dans les..conditions-,d'accélération ou de ralentissement de l'engin, lorsqu!une variation rapide de réglage est réalisée au sélecteur 24, le système doit fonctionner de manière à fournir une plus grande ou une plus petite quantité de combustible que celle qui serait fournie dans les. conditions d'état stable, pour réaliser res- pectivement la vitesse accrue ou diminuée qui est demandée. De même, des conditions de vitesse constante de l'engin peuvent être demandées par le sélecteur, dans lesquelles les limites de fonctionnement du système peuvent être dépassées, même durant le maintien de la vitesse demandée. Par exemple, une quantité élevée de combustible introduit peut donner lieu à des températures dangereusement élevées, soit du- rant l'accélération, soit à vitesse contante.
Aussi, des thermocouples
43 peuvent ,être logés dans le tuyau de sortie 16, sur le chemin des gaz d'échappement de la turbine 14, pour détecter la température de
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l'engin au moyen d'une tension continue transmise par le.) connexions 44 à un circuit de température comprenant une source standunede tension, telle qu'un élément de pile 45, connectée aux bornes d'un potentiomètre réglable 46, et un amplificateur convenable 47. La tem- pérature maximum désirée peut être choisie par le réglage du poten- tiomètre 46. Cette tension de l'élément 45 fournie au potentiomètre
46 est comparée à la tension des thermocouples 43 et la différence de tension résultante, ou signal d'erreur de température, est ampli- fiée par l'amplificateur 47.
La sortie de ce dernier est reliée par l'intermédiaire d'une diode 48 au point de jonction des impédances 31 et 32 en série. L'amplificateur 47 est connecté de telle manière que, durant toutes les températures, telle qu'indiquées par les thermo- couples 43, inférieures à la température maximum; la tensicn fournie par l'amplificateur à la diode 48 est positive et qu'aucun courant ne circule vers la jonction: des impédances 31 et 32.
Cependant, lorsque la température de l'engin dépasse la température maximum choisie, la polarité de la tension d'entrée à l'amplificateur change et la tension de sortie de, l'amplificateur devient négative, de telle sorte qu'un courant traverse la diode 48, réduisant la tension dispo- nible à l'impédance 32. On voit donc que, dans ces conditions, toute tension d'erreurpositive, qui demanderait un accroissement de l'ar- rivée de combustible, transmise à l'impédance 31, serait dissipée comme chute de tension dans l'impédance 31, par suite de la conducti- bilité de la diode 48.
Cette dernière peut rendre négative la tension fournie à l'impédance 32 ce qui fait fonctionner le système pour ré- duire le débit du combustible de manière à réddire la température, s'il se produit une pointe élevée de températur. Cependant,un état stable sera réalisé enfin de compte dans le fonctionnement du circuit de limitation de température, dans lequel le courant traversant la diode 48 sera juste suffisant pour que la tension d'erreur de vitesse venant du potentiomètre 26, réduite par la tension du tachymètre aux bornes de l'impédance 30, soit "abaissée" aux bornes de l'impédance 31, de telle sorte qu'un potentiel nul par rapport au sol sera
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appliqué à l'impédance 32,
et aucune variation de la position de la valve 19 ne se produira.
Le circuit peut être sujet à une certaine instabilité due à différentes raisons telles que le retard thermique des thermo- couples 43, et certains:- moyens de stabilisation sont nécessaires.Le circuit de limitation de température connecté à travers la diode 48 est effectif pour limiter l'arrivée de combustible à l'engin, dans certaines conditions qui peuvent provoquer une température excessive.
Des contrôles similaires de limitation sont réalisés au moyen des connexions existant à travers les diodes 50 et 51 qui sont connectées respectivement au point de jonction des impédances 32 et 33 et, di- rectement, à l'entrée de l'amplificateur 34. La diode 50 fait partie d'un circuit de combustible maximum pour limiter de débit maximum de combustible, sur la base de facteurs autres que la température de l'engin, chaque fois que le potentiel de la cathode devient négatif par rapport à l'anode. La diode.51 est connectée pour conduire dans une direction opposée à celle des diodes 48 et 50 pour limiter les signaux de polarité-négative transmis à l'amplificateur 34, afin de constituer une limite de débit minimum du combustible.
Le fonction- nement de la diode 51 de limitation du débit minimum du combustible est analogue à celui décrit'précédemment en détails pour la diode 46 de limitation de la,température, avec l'exception évidente que la' diode 51 limite le circuit de contr8le du combustible dans la direc- tion opposée pour éviter que le débit de combustible soit inférieur à un minimum désirés Deux ou plus, des diodes de limitation repré- sentées, fonctionner en même temps. Si les deux diodes 48 et 50 conduisent en même temps, celle demandant le débit de combustible le plus faible prédomine. Si la diode 48 de limitation de la tempé- rature et son circuit associé demande un débit maximum de combustible inférieur à celui demandé par la diode 50, cette dernière ne sera même pas conductrice.
Si la diode 51 est conductrice en même temps que l'une ou l'autre des diodes 48 ou 50, le potentiel établi par la diode 51 de limitation du débit minimum de combustible sera prédo-
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minant dans le contrôle du système, car la diode 51 est connectée di- rectement à l'amplificateur 34. Des diodes de contrôle supplémentai- res des deux polarités peuvent être ajoutées ausystème et, dans cha- que cas, les limites extérieures de la plaie des débits de combusti- ble réalisés, seraient établies par les diodes de limitation deman- dant la plage la plus étroite de variation du débit de combastible.
Aussi, la dernière diode ou le dernier groupe de diodes changeant de polarité dans la ligne de contrôle, avant l'introduction du signal de contrôle à l'amplificateur, dominerait dans le contrôle du sys- tème sur les signaux opposés des diodes de polarité opposée connec- tées avant. Dans la grande majorité des cas, une telle, opposition dans la limitation, ne se produit pas.
Le contrôle de limitation du:débit maximum de combusti- ble réalisé par l'intermédiaire.de la diode 50, est réalisé avant tout pour éviter la "pertr de vitesse" aérodynamique du compresseur 11 de l'engin. Cette "perte de vitesse" peut se produire pour plusieurs débits de combustible, suivant la pression de décharge du compres- seur, ou la pression de l'air de combustion dans les chambres de com- bustion. pour une pression de décharge élevée du compresseur, un dé- bit élevé peut être réalisé avant qu'il n'y ait "perte de vitesse", mais pour une pression plus basse, un débit inférieur de conbustible donne lieu à de la "perte de vitesse".
En conséquence, un appareil sensible à la pression, tel que les soufflets 52, est prévu, lequel est connecté dans une ligne de pression 53 aboutissant à la surface de décharge' du compresseur à l'intérieur de l'engin, pour obtenir une indication de'la pression de décharge du compresseur par la position du contact 54 d'un potentiomètre,55, ce contact étant fixé à l'ex- trémit é libre des soufflets 52. Des soufflets d'évacuation 56 sont prévus et connectés, comme représenté, en opposition par rapport aux soufflets 52, de manière à compenser les variations de la pression ambiante auxquelles l'extérieur des soufflets 52 est soumis. La catho- de de la diode 50 est reliée par l'intermédiaire de la connexion 57 au contact 54 du potentiomètre.
Une tension continue est fournieaux
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L.',-11t,J .1.1 fouenticraètre 55 par une source de tension, C0l1Vf'r:l',II:, non i;;,': v 15. terre, telle qu'une batterie 5fi. Un potf;ntio::,:1 rI; t..t ; ::r3a;v.-= à 1.,lx bornes du potentiomètre 55 et de la bat le ri u j }:tl' 2'jntc'r"''..iai7"':! de la résistance 60 et des lia3 :ir,;lF; 61 et s2, CP, po- t iti.''jie 59 est muni d'un contact 63 mis à la terre et connecté . -.; :anîq,v;.r:a n t , par l'arbre G° du moteur . 23, à la came 21 de commande de la position de la valve, pour que son mouvement corresponde à ce-
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leu. de la C8.fia 21 et de la valve 19.
Llà'-,jotentiomètres 55 et 59, avec leur source de tension 5S non mise à la terre et leurs interconnexions comprenant Itimp6dai.- ce 60 et les liaisons 61 et 62, constituent un circuit de signalisa- tion de la différence de position, donnant un signal indiquant la
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.-..fférence entre les positions des contacts 54 et 63, par un poten- tiel à la connexion 57, fourni à la cathode de la diode 50, dont la pelarité etl'amplitude par rapport à la terre correspondent à la -érection et à l'amplitude de la différence de position.
Par exem- ple, en négligeant la résistance 60, si le contact 65 mis à la terre est situé au centre du potentiomètre 59, et si le contact 54 est au centre de son potentiomètre 55, dans ce ,cas, le contact 54, la con- nexion 57, et la cathode de la diode 50, sont au potentiel de la terre. Ceci est vrai car les 'chutes de tension dans les parties cor- respondantes des potentiomètres 55 et 59 jusqu'aux contacts 54 et'63 sont égales et les contacts 54 et 63 sont par conséquent au même po- tentiel.
De même, tout réglage proportionnel des contacts 54 et 63,
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par exemple'à un tiers de la distance à partir de l'extrémité supé- rieure de chaque potentiomètre, donne aussi le potentiel de la terre à connexion 57. Au contraire-toute différence dans les positions
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le '. - iiives des contacts 54 et 63 donne lieu à une tension à la con- ne--- ,-on 57, par rapport à la terre, dont la polarité dépend de la dif- fé@@nce de position et l'amplitude à l'amplitude de cette différence.
Par exemple; dans les positions représentées des contacts 54 et 63,
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unt tension positive apparaît à la connexion 57 car la came 21 et le co@act 63 sont représentés dans leur position minimum où ils sont
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effectivement connectés directement à la borne négative de la batte- rie 58, par l'intermédiaire de la liaison 62. Le contact 54. est dans une position intermédiaire qui divise la tension de la batlerie 58 de telle manière qu'une partie de cette tension est appliquée dans un sens positif au contact 54 et à la connexion 57, d'où la diode 50 n'est pas conductrice et la 'limitation du débit maximum du combusti- ble n'est pas effective.
Si le contact 54 reste sensiblement dans la position représentée et si la valve d'admission du combustible est réelée pour des débits plus élevés de combustible, jusqu'à ce que le con- tact 63 est placé au-dessus du centre du potentiomètre 59, on voit que la connexion 57 devient négative,, la diode 50 devient conductri- ce et la limitation du débit maximum'de combustible devient alors effective.
La limitation du débit maximum de combustible devient effective dans les "conditions d'accélération, maximum de l'engin du- rant lesquelles la pression de décharge du compresseur augmente gra- duellement, de telle sorte que les soufflets 52 font monter graduel- lement le contact 54 du potentiomètre 55 pour que des débits plus éle vés de combustible soient admis graduellement sans danger de "perte de vitesse". Il -résulte de l'explication qui précède que le contact
63 du potentiomètre'59 ne restera jamais plus haut que le contact 54 du potentiomètre 55.
Dans les conditions initiales d'accélération, par conséquent,-la valve 19' est ouverte jusqu'à une position où le contact 63 est dans'une position analogue à celle du contact 54 et il en résulte que le circuit de limitation du débit maximum de combusti- ble devient effectif pour limiter le mouvement proportionnel vers le haut du contact 63 au mouvement proportionnel équivalent du contact 54 et pour régler ainsi l'ouverture de la valve 19 suivant l'augmen- tation graduelle de la pression de décharge du compresseur lorsque des vitesses plus grandes sont atteintes.
La quantité de combustible qui peut être introduite sans danger dans les chambras de combustion 13 n'est pas seulement une fonction de la pression de décharge du compresser, mais aussi
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une fonction de la température de l'air de combustion. En conséquence un élément sensible à la température de l'air de combustion, tel qu'une résistance 70, dont la résistance varie avec Il-, temperature, peut être introduite dans le passage d'entrée 12 au compresseur.
La résistance 70 est connectée en parallèle avec la résistance 60, au moyen des liaisons 71. 'La chute de tension aux bornes des résistances 60-et 70 varie donc lors des variations de température: à l'entrée du compresseur, une température plus élevée donnant une résistance plus élevée.
Comme cette combinaison en parallèle est connectée en série dans la liaison du potentiomètre 59 à la borne positive de la source de tension 58, une augmentation de température détectée par la résistance 70 et une augmentation correspondante de résistance dans la combinaison en parallèle des résistances 60 et 70, apparait dans le circuit de la même manière qu'une augmentation de résistance dans la partie du potentiomètre 59 qui est connectée au dessus du contact 63 et, par conséquent, est analogue à un- léger mouvement vers le bas du contact 63.
On voit donc que la connexion 57 est ren- due légèrement plus positive par rapport à la terre par une augmen- tation de la température d'entrée au compresseur, telle que détectée par la résistance 70, de telle sorte qu'un débit de combustible lé- gèrement supérieur sera admis pour des températures d'entrée supéri- eures.
Un circuit supplémentaire est prévu, comprenant une ' résistance 72 et un potentidmètre 73 connectés en série à la conne- xion 57 et au potentiomètre 74 qui est connecté en parallèle avec le potentiomètre 59. Le contact 75 réglable du potentiomètre 73 est connecté à l'anode de la diode 51. Au moyen de ce circuit supplémen- taire, une autre tension est dérivée du circuit de limitation du débit maximum de combustible, décrit précédemment, qui est aussi une fonction de la pression de décharge du compresseur; de la température d'entrée du compresseur, et de la position de la valve 19.
La résis- tance 72 possède une résistance élevée par rapport à celle du poten- tiomètre 73 de telle sorte que, du point de vue de l'impédance él c- trique, la diode 51 est connectée beaucoup plus près du potentiomètre
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59 que du potentiomètre 55. La. tension au contact 75 dépend donc beaucoup plus de la position du contact 63 que du contact 54. Ce circuit supplémentaire, comprenant la diode 51, est un circuit de limitation du débit minimum de combustible, qui évite la réduction du débit de combustible en dessous d'une valeur qui dormerait de tels mélanges "pauvres" que la combustion serait arrêtée, ce qui nécessi- terait un rallumage ou redémarrage difficile de l'engin et entraîne- rait une perte de puissance à un moment où elle est nécessaire.
Comme mentionné précédemment, cette perte de combustion est parfois appelée "blowout" ou "extinction".
Ainsi qu'on l'a fait observer précédemment, la diode 51 de limitation du débit minimum de combustible, est connectée po ur conduire sous une tension de polarité. opposée à celle nécessaire pour que les diodes 48 et 50 conduisent, car elle est un élément de limi- tation augmentant le débit de combustible tandis que les autres dio- des sont des éléments de limitation abaissant ce débit. Le contact 75 du potentiomètre 73 doit donc devenir positif., par rapport à l'en- trée de l'amplificateur 34 pour que cette limitation devienne effec- tive.
Comme mentionné précédemment, bien que la diode 48 de limitation de la température ou,la diode 50 de limitation du débit maximum de combustible peuvent être conductrices en même temps que la diode 51 de limitation du débit minimum de combustible, la limitation du débit minimum sera prédominante car la diode 51 est connectée directement à l'entrée de l'amplificateur et peut changer les tensions apparaissant plus tôt dans le système de contrôle au moyen des "chutes" de tension (en fait des "augmentations" de tensionavec les polarités représentée qui apparaissent aux bornes des -impédances 30 à 33.
De la même ma- nière, on voit que la diode 50 peut être prédominante sur le contrôle exercé par la diode 48 car la diode 50 est connectée "à l'aval" dans le circuit du signal d'erreur. Il est évident que d'autres ]imita- tions peuvent être introduites de la même manière par l'intermédiaire d'appareils redresseurs de courant, tels que les diodes représentées, pour limiter le fonctionnement du système de contrôle en se basant
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sur d'autres conditions de l'engin. Ces contrôles de 7. -:.i.;,.ticr: ga- vent être réellement qualiBés de "limites dynamiques" car les V"1<;"r/, de limitation changent avec les variations des conditions de l'engin associé.
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-''RESUME - REVENDICATIONS - ######,-######-## 1. Circuit de contrôle sensible à une tension cont3.;ii,i<, pour le réglage d'ufil condition !de contrôle d'un groupe motc;rc.:zlù