Installation pour le réglage du débit de combustible <B>alimentant le groupe moteur d'un hélicoptère</B> La présente invention se rapporte à une installa tion pour le réglage du débit de combustible alimen- tant le groupe moteur d'un hélicoptère, comprenant un compresseur alimentant un dispositif de combus tion, et entraîné par une turbine alimentée par les gaz provenant du dispositif de combustion, et une turbine mécaniquement indépendante de la turbine du compresseur, entrainée uniquement par l'échappe ment de la turbine du compresseur et entraînant le rotor de l'hélicoptère,
cette installation comportant une soupape d'étranglement pour le débit du com bustible, et des moyens de commande pour com mander cette soupape d'une part en fonction de la vitesse de la turbine d'entrainement du rotor de l'héli coptère et d'autre part en fonction de la pression de refoulement du compresseur.
Suivant l'invention, cette installation est carac térisée par un agencement tel que, pendant l'accéléra tion du groupe moteur, l'action sur la soupape d'étranglement du moyen pour commander cette sou pape en fonction de la vitesse du rotor de l'hélicop tère est interrompue et est remplacée par l'action sur cette soupape d'un moyen pour la commander en fonction de la vitesse du compresseur, afin que, pen dant l'accélération, le réglage de la soupape d'étran glement ait lieu en fonction de la pression de refou lement et de la vitesse du compresseur, de manière à empêcher le dispositif de combustion d'être soumis à un pompage ou à des températures au-dessus d'une valeur donnée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une représentation schématique de cette forme d'exécution, la fig. 2 représente schématiquement le dispositif servomoteur soumis à l'action de la température à l'entrée du compresseur, la fig. 3 représente un détail.
L'installation représentée règle l'alimentation d'un groupe moteur d'un hélicoptère comprenant un com presseur alimentant un dispositif de combustion et entramé par une turbine alimentée par les gaz prove nant du dispositif de combustion, et une turbine mécaniquement indépendante de la turbine du com- penseur, entraînée uniquement par l'échappement de la turbine du compresseur et entramant le rotor de l'hélicoptère.
Le combustible sous pression pénètre dans une canalisation principale 60, comme indiqué par la flèche, et traverse un filtre 62. Une soupape de décharge 64 empêche la pression du combustible de dépasser une valeur donnée. Le combustible prove nant de la canalisation principale 60 traverse un ori fice calibré 66 de la soupape principale d'étrangle ment 68. Le combustible ainsi dosé par l'orifice 66 parvient ensuite dans une canalisation 70 aboutissant au groupe moteur. Une soupape 72 est montée entre la canalisation 60 et la canalisation d'évacuation. Cette soupape 72 qui maintient à une valeur donnée la chute de pression dans l'orifice de dosage 66 com prend un piston 74, un diaphragme 76 et un res sort 78.
La face inférieure du diaphragme 76 est soumise à la pression du combustible en aval de la soupape d'étranglement. La face supérieure du dia- phragme est soumise à la pression du combustible en amont de la soupape d'étranglement. Du fluide sous pression provenant de la canalisation 60 tra verse la lumière 80 ménagée dans la paroi latérale du piston 74. Ce dernier a dans son alésage un jeu suffisant pour permettre au combustible provenant de cette lumière de parvenir à la face supérieure du diaphragme 76. En laissant passer ainsi du combus tible à haute pression vers la face supérieure du diaphragme, on obtient un effet d'amortissement. Le combustible dosé se trouvant dans la canalisation 70 franchit alors une soupape d'arrêt à commande manuelle 84.
Cette soupape est cinématiquement reliée à sa manette de commande principale 86 au moyen d'un organe 88 présentant du jeu. La soupape d'arrêt 84 est destinée à interrompre positivement l'écoulement de ce combustible lorsque la manette de commande est amenée en position de fermeture. Le combustible dosé, franchissant la soupape d'ar rêt 84, pénètre dans une canalisation 90 et, de là, dans une chambre 92 et, par une soupape d'arrêt 96 soumise à l'action des survitesses, le combustible par vient au dispositif de combustion groupe moteur (voir flèche VM).
La soupape d'étranglement principale 68 peut être actionnée, en cas d'urgence, par une commande manuelle comprenant un engrenage à crémaillère 370, 371. Cette soupape comporte un étranglement auxiliaire 100 communiquant avec une chambre 102 contenant un servo-piston 104. Cette chambre débou che dans une canalisation 108 s'ouvrant par un ori fice 110. La section droite libre de cet orifice 110 dépend de la position du levier 112. Le combustible s'écoulant par 100, 102 et<B>108</B> est soumis, suivant l'ouverture donnée à l'orifice 110,à une certaine pression à l'intérieur de la chambre 102. Le piston 104 déplacé par les variations de cette pression pro voque le déplacement de la tige 114 de la soupape d'étranglement solidaire de ce piston 104 en modi fiant la section droite libre de l'orifice calibré 66.
Le levier 112, qui fait varier l'ouverture de l'orifice 110, pivote autour d'un point 118 et entre son autre extré mité et le servo-piston 104, est disposé un ressort de compression 132. Le levier 112 occupe une posi tion déterminée par la valeur d'une force transmise par un levier 120 et par une force transmise par des galets 124 portés par une tige 122.
Le levier 120 transmet au levier 112, en vue du réglage de la soupape d'étranglement, les variations de la pression de refoulement du compresseur du moteur, tandis que la tige 122 lui transmet sélectivement soit les variations de la vitesse de la turbine entrainant le compresseur associées à une correction de tempéra ture, soit les variations de la vitesse de la turbine libre entraînant le rotor de l'hélicoptère.
Le levier 120 est soumis à l'action antagoniste des soufflets 126 et 128. L'intérieur du soufflet 126 est soumis au vide tandis que l'intérieur du soufflet<B>128</B> est exposé à la pression de refoulement P3 du com presseur, de sorte que ces soufflets appliquent au levier 120 une force qui est fonction de la pression de refoulement absolue du compresseur.
Lorsque la pression de refoulement du compres seur augmente, la force appliquée sur le levier 120 abaisse celui-ci et fait descendre les galets 124 en abaissant légèrement l'extrémité de droite du levier 112, grâce à quoi le débit du combustible sortant de l'orifice 110 est diminué. Il en résulte une augmen tation de la pression régnant dans la chambre 102 au-dessous du piston 104, ce qui déplace celui-ci vers le haut à l'encontre de la force exercée par un ressort 130 monté entre le piston et un point fixe. Ce déplacement se traduit par une augmentation de l'ouverture de la soupape d'étranglement principale solidaire du piston 104.
Ce mouvement ascendant de la tige 114 de cette dernière soupape ainsi que du servo-piston 104 produit une force compensatrice s'exerçant sur l'extrémité droite du levier 112 par l'intermédiaire d'un ressort de rappel 132 intercalé entre le levier 112 et le piston 104, ce qui ramène les leviers 112 et 120 dans une position d'équilibre.
La tige 122 agit comme un organe de démultipli cation par l'intermédiaire des galets 124 disposés entre les leviers 120 et 122. Le déplacement longitu dinal de cette tige 122 est commandé sélectivement par le levier 142 et la tige 144, cette dernière agissant par l'intermédiaire du levier coudé 146 articulé en 302 (fig. 3) et reposant par le galet 304 sur l'extré mité supérieure de la tige 144. La biellette 122 se termine par une butée 308 sur laquelle fait saillie latéralement une petite tige 300 ; un ressort 306 est monté entre cette butée et un point fixe de manière à repousser constamment cette butée vers la droite.
Devant la petite tige 300 est disposée l'extrémité du levier 142 pivotant autour du point 192 (fig. 1) et qui est soumis à son extrémité opposée au levier 122 et à sa butée, à la poussée de la tige 194 qui transmet les variations de vitesse de la turbine du compresseur et de la température d'admission dans le compresseur à la tige 122 par l'intermédiaire de la petite tige 300. Ceci provoque un déplacement des galets 124 et par suite une modification du rap port de transmission entre les leviers 120 et 122.
La tige 122 est commandée par l'intermédiaire du levier 142 uniquement lors de l'accélération, afin d'éviter les températures excessives et le pompage. Mais, en régime stable, la tige 122 est commandée uniquement par la tige verticale 144 qui repousse le levier coudé pivotant 146 au contact de la butée 308 lorsque celle-ci n'est pas écartée du levier coudé sous l'effet de l'appui du levier 142 sur la tige en saillie 300.
La tige 144 est commandée elle-même par une pièce 148 qui pivote en 150 et dont l'extrémité gau che se termine par une fourche 162 repoussée par un ressort non représenté au contact d'un galet 154 poussé par un ressort 156 et monté à l'extrémité droite d'une barre 158. Cette barre 158 repose sur une came 160 que fait tourner la manette de com mande principale 86.
L'extrémité de gauche de la barre 158 est reliée par une biellette 162 à un servo moteur 164 comportant une chambre 180 à un servo-piston 182 dont le déplacement est proportion nel à la vitesse NF de la turbine mécaniquement indépendante entraînant le rotor de l'hélicoptère de telle manière que ce déplacement provoque le dépla cement de l'extrémité de droite de la barre 158, y compris le galet 154, par basculement de la barre sur la came 160 dont la position dépend de la vitesse désirée.
Le ressort 156 maintient le galet 154 en contact avec la surface supérieure de la fourche 152 de sorte que la barre 158 pivotera toujours au contact de la came 160 en faisant tourner la pièce 148 autour du pivot 150 et en communiquant un mouvement de translation à la tige verticale 144 qui modifie alors sa position d'après la vitesse de la turbine mécanique ment indépendante. Cette modification de position est, à son tour, transmise, par l'intermédiaire du levier 146 et de la tige 122 à la soupape d'étrangle ment de façon à régler celle-ci.
La commande du servomoteur 164 est assurée par un régulateur 168 situé dans l'angle inférieur gauche de la fig. 1. Ce régulateur 168, qui est du type à masselottes, est commandé par la turbine mécaniquement indépendante qui entraîne le rotor de l'hélicoptère.
La force centrifuge exercée par les masselottes du régulateur 168 et opposée à l'action d'un ressort 170 détermine le déplacement vertical d'une soupape pilote 172, grâce à quoi, dans le cas de la prédominance de la force centrifuge, du com bustible soumis à une pression élevée provenant de la canalisation 60, s'écoule par les canalisations 174, 176 et 178 jusqu'à la chambre 180 du servomoteur 164 sous la face inférieure du servo-piston 182, ou bien, dans le cas de la prédominance du ressort 170, du combustible soumis à une faible pression sort de cette chambre par cette canalisation 178 vers la canalisation 184 en traversant la soupape 172.
On remarquera que la chambre 182a au-dessus du servo- piston 182 reçoit constamment du combustible sous pression élevée par la canalisation 186.
Le déplacement du servo-piston 182 agit sur le ressort 170 par l'intermédiaire du levier 188 de manière à rééquilibrer la force exercée par les masse- lottes du régulateur et à immobiliser la soupape 172 et le servo-piston 182. La position du servo-piston 182 est ainsi, à tout moment, proportionnelle à la vitesse NF de la turbine mécaniquement indépendante et l'extrémité de gauche de la barre longitudinale 158 occupe une position dépendant de la vitesse de cette turbine.
D'autre part, entre les extrémités de la barre 158, la position de la came 160 commandée par la manette de commande manuelle dépend de la vitesse désirée, grâce à quoi l'extrémité droite de la barre 158 détermine une correction proportionnelle à l'erreur de vitesse à un instant quelconque.
Lorsque la charge appliquée aux rotors de l'héli coptère se trouve soudainement réduite pour une rai son quelconque, ceci a pour effet que le rotor et la turbine mécaniquement indépendante se mettent à tourner à une vitesse supérieure à leur vitesse nor male. Les masselottes du régulateur 168 se déplacent donc vers l'extérieur en soulevant la soupape 172, ce qui fait que du fluide soumis à une pression élevée peut exercer son action sur la face inférieure du servo-piston 182 et le déplacer vers le haut.
Par l'intermédiaire du levier 188, le ressort 170 se trouve comprimé pour rétablir l'équilibre avec la force cen trifuge des masselottes ce qui immobilise la soupape <B>172,</B> ainsi que le servo-piston 182. La nouvelle posi tion du servo-piston 182 est transmise par l'inter médiaire de la biellette 162 à la barre 158 de manière à faire basculer la fourche 152 de la pièce 148.
Cette dernière tourne alors dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur le pivot 150 en déplaçant ainsi par 144 et 146 les galets 124 dans le sens corres pondant à une diminution du débit du combustible correspondant à la pression de sortie du compresseur, appliquée au soufflet 128.
La soupape d'arrêt 96 est commandée par le servo-piston 182. Pour un excès de vitesse donnée, le mouvement ascendant du servo-piston 182 amène la soupape d'arrêt 96 en position de fermeture, de manière à empêcher l'écoulement de combustible vers le groupe moteur.
Etant donné que l'inertie relative du groupe moteur par rapport au rotor de l'hélicoptère est telle que des excès de vitesse dangereux pourraient facile ment provoquer la destruction du groupe moteur si les éléments normaux contrôlant le débit du combus tible assuraient seuls, dans certaines conditions, la brusque diminution de l'écoulement du combustible, le servo-piston 182 constitue le meilleur élément indicateur d'un excès de vitesse et agit d'une manière sensiblement instantanée pour régulariser ou inter rompre l'écoulement du combustible.
Lors de l'accélération, les galets 124 portés par la tige 122 sont déplacés par le levier vertical 142 et la tige 194, l'action du levier 146 sur la tige 122 étant alors interrompue. L'extrémité de gauche de la tige 194 coopère avec une came 196 qui peut à la fois être animée d'un mouvement de va-et-vient le long de son axe géométrique vertical et tourner autour de cet axe. A la gauche de la came 196 est placé un régulateur 198 décelant la vitesse du compresseur et par suite de la turbine entraînant celui-ci.
Ce régula teur 198 agit sur un levier 200 au moyen d'une tige verticale 202, articulée sur ce levier pivotant dont l'extrémité droite coopère avec un ressort 204, tandis que son extrémité gauche fait varier l'ouverture d'un orifice 206. De ce fait, toute variation de la vitesse du compresseur modifie la section droite de l'orifice et par suite la pression régnant à l'intérieur d'une cham bre 208 située au-dessous de la came 196. La pres sion régnant dans cette chambre 208 commande la position d'un piston servomoteur 210 qui, à son tour, déplace verticalement la came 196 dont ce piston est solidaire.
Une chambre 212 située au- dessus de la face supérieure du piston 210 est con tinuellement alimentée en combustible sous haute pression provenant de 60 par l'intermédiaire d'une canalisation 214. Ce combustible sous haute pression traverse un étranglement 216 ménagé dans le piston 210 et de là gagne la chambre 208. La pression régnant dans cette dernière varie d'une manière cor respondant aux variations de section droite de l'ori fice 206 qui sont déterminées par le régulateur 198.
Comme dans le cas du servomécanisme précédem ment décrit, toute modification de position du servo- piston 210 et de la came 196 fait varier la compres sion du ressort 204 dont l'action détermine l'ouver ture de l'orifice 206 pour laquelle le mécanisme se trouve en équilibre. Ainsi, la came 196 présente, pour chaque vitesse du compresseur, une position axiale différente.
La came 196 est entraînée en rotation autour de son axe géométrique vertical sous l'influence de la température à l'admission du compresseur par un pignon 220. Le mécanisme commandant ce pignon est représenté schématiquement sur la fig. 2. Une petite fraction de l'air admis dans le compresseur circule par des canalisations 224 et 226 autour du soufflet 228 qui se dilate ou se contracte suivant la température de cet air d'admission. Le soufflet 228 est articulé sur un levier vertical 230 qui, à son extrémité inférieure, commande une soupape pilote 232.
Cette soupape pilote 232 fait varier l'ouverture de l'orifice 234 qui reçoit du combustible sous haute pression provenant d'une canalisation 236: Ce com bustible sous haute pression s'écoule vers le côté droit 238 d'un servo-piston 240, tandis que la soupape 232 règle par l'orifice 234 la pression s'exerçant sur le côté gauche 242 du piston 240. Il s'ensuit que toute variation de la position de la soupape pilote 232 fait varier la position du servo-piston 240 ainsi que celle de la crémaillère 244 faisant corps avec ce piston, ce qui entraîne en rotation le pignon 220 porté par la came 196 (fig. 1).
La came 196 comporte également, à son extré mité supérieure, des surfaces de came radiales 250 et 252 (fig. 1) assurant une sécurité supplémentaire, en agissant sur l'extrémité gauche d'un levier 254 et d'un bras 256 respectivement. Ce dernier fait corps avec une tige 258 pouvant se déplacer verticalement. Ainsi, la came 196 peut déplacer la tige horizon tale 194 et les surfaces de came radiales 250 et 252 peuvent agir sur le levier 254 et sur le bras 256 respectivement pour agir dans les deux cas sur la tige 122 par l'intermédiaire du levier 142.
Si l'on suppose, par exemple, que la vitesse du compresseur a augmenté jusqu'à atteindre une valeur limite, il faut, afin d'assurer un rendement et une sécurité optima pour le groupe moteur, empêcher toute augmentation supplémentaire de cette vitesse et à cet effet la surface de came 250 vient au contact de l'extrémité gauche du levier supérieur 254 et le fait tourner dans le sens des aiguilles d'une montre autour de son articulation 260, ce qui déplace la pièce 148 en sens inverse des aiguilles d'une montre autour de son pivot 150.
Ce mouvement est transmis par la tige verticale 144 au levier 146 et à la tige 122 de manière à déplacer celle-ci dans le sens qui correspond à une diminution du débit de com bustible pour une pression donnée à la sortie du compresseur.
Au contraire, le mouvement descendant de la came 196 en réponse à une diminution de la vitesse du compresseur, vitesse qui s'approche ainsi d'un nombre de tours/minute dangereusement bas, amène la surface de came 252 au contact du bras 256 et fait descendre celui-ci en même temps que la tige 258. Ce mouvement détermine finalement la rotation du levier 286 en sens inverse des aiguilles d'une montre autour de son pivot 266, en repoussant l'extrémité gauche de la pièce 148 vers le haut, ce mouvement est transmis par la tige verticale 144 au levier 146 et à la tige 122 qui se trouve déplacée dans un sens correspondant à une augmentation de débit du com bustible pour une pression donnée à la sortie du compresseur.
De cette manière, l'installation réglant le débit de combustible maintient une limitation supérieure et une limitation inférieure de la vitesse du compresseur de manière à éviter une vitesse excessive ou une vitesse trop faible.
Au cours d'une accélération du moteur, le débit du combustible doit être le plus grand possible pour une pression donnée à la sortie du compresseur, afin d'obtenir une réponse rapide au déplacement du levier de commande 86 (fig. 1) actionné par le pilote. En revanche, il y a lieu d'empêcher la turbine du com presseur d'être soumise à des températures excessives, pendant l'accélération, et on doit donc fixer une valeur limite maxima au débit de combustible pour des conditions données. On arrive à ce résultat en prévoyant un débit de combustible proportionnel à une fonction à la fois de la température d'admission au compresseur et de la pression à la sortie de celui-ci.
On a vu en effet que la came 196 a corrigé la position de la tige horizontale 194 en fonction de la vitesse du compresseur et de la température à l'entrée de celui-ci. La tige 194, à son tour, amène le levier 142 dans une position qui impose à la tige horizontale 122 une limite qui empêche celle-ci de poursuivre son déplacement dans un sens qui corres pond à une augmentation du débit de combustible pour une pression donnée à la sortie du compres seur.
D'autre part, si le levier de commande 86 tend à imposer un accroissement de vitesse par l'intermédiaire de sa came 160, l'extrémité droite de la barre 158 a tendance à se déplacer vers le haut en laissant ainsi tourner la pièce 148 dans le sens des aiguilles d'une montre autour de son pivot 150, ce qui permet à la tige horizontale 122 de se dépla cer dans un sens correspondant à une augmentation du débit de combustible pour une pression donnée à la sortie du compresseur. Toutefois, cet accroisse ment du débit unitaire du combustible est limité par la position particulière de la tige 194 et du levier 142 qui assurent cette limitation et cela en fonction des valeurs particulières de la vitesse du compresseur et de sa température d'admission à l'instant considéré.
Lorsque la turbine mécaniquement indépendante marche à une vitesse dépassant une valeur donnée pendant que la quantité de combustible distribuée au moteur est basse, le régulateur 198 sensible à la vitesse du compresseur amène la came 196 à se déplacer vers le bas lorsque cette vitesse est réduite. Ceci amène la surface 252 à venir au contact de la butée 256 pour déplacer la tige 258 vers le bas.
Etant donné que la liaison comprenant la biellette 320 reliant la tige 258 au bras 284 solidaire de la pièce 148 se déplace vers le bas, la pièce 148 et la tige 144 se déplacent vers le bas, de sorte que le ressort 306 agissant sur la tige 122 et le levier coudé 146 repoussent la tige 122 davantage vers la droite pour augmenter la quantité de combustible distribuée au moteur, en empêchant le moteur de devenir instable pendant ce régime transitoire.
La limite inférieure du débit de combustible pour une pression donnée à la sortie du compresseur est déterminée par la butée fixe 280 limitant l'abaisse ment de la partie gauche de la pièce 148 et, par suite, le déplacement vers la gauche de la tige 122.