FR2467438A1 - Commande de groupe electrogene auxiliaire d'aeronef - Google Patents

Abstract

Groupe électrogène auxiliaire de commande d'un générateur électrique et d'un compresseur d'air de pressurisation. Le groupe auxiliaire, destiné essentiellement à fonctionner lorsque l'aéronef est au sol, alors que les autres systèmes de production d'énergie sont à l'arrêt, peut toutefois être utilisé en groupe de secours pour produire un complément d'énergie alors que l'aéronef est en vol. Lorsque ce groupe est utilisé conjointement avec les générateurs principaux, l'admission d'air dans le compresseur de pressurisation 15 est réglée de manière à faire varier la charge que ce compresseur impose au groupe électrogène auxiliaire afin de minimiser les variations de vitesses de ce groupe et les fréquences transitoires électriques. Application essentiellement aux groupes électrogènes commandés par une turbine à gaz. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

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L'invention se rapporte à une commande de rétablissement de la vitesse d'un groupe électrogène

auxiliaire d'aéronef.

Les groupes électrogènes auxiliaires d'aéronefs comprennent un moteur qui commande un générateur électrique et un compresseur d'air de pressurisation. Le groupe électrogène auxiliaire est normalement mis en marche lorsque l'aéronef est au sol ou lorsque d'autres générateurs de l'aéronef sont mis à l'arrêt. Il est toutefois nécessaire parfois de faire marcher le générateur du groupe électrogène auxiliaire conjointement avec le système générateur principal de l'aéronef. Par exemple, lorsqu'un générateur principal est hors service et qu'une capacité supplémentaire de production d'énergie est nécessaire à la bonne marche de l'aéronef, le groupe électrogène auxiliaire est utilisé. La plupart des groupes électrogènes auxiliaires ne disposent pas d'une commande de rétablissement qui est insensible à l'altitude, par exemple un système élaboré de propulsion à vitesse constante tel que celui qui est en général utilisé pour le système principal de production d'énergie de l'aéronef. Lorsque le générateur du groupe électrogène auxiliaire est mis en marche conjointement avec le générateur principal de l'aéronef, il est nécessaire que la fréquence du générateur de ce groupe auxiliaire soit maintenue dans 2 dl'étroites limites afin d'éviter de créer des fréquences transitoires dans le système électrique et des mauvais fonctionnements de l'appareillage qui dépend de la précision de la fréquence d'alimentation. Par ailleurs, les caractéristiques dynamiques du moteur du groupe électrogène -0 auxiliaire sont telles que les phénomènes transitoires dus à des excursions de vitesse à haute altitude ne peuvent pas être directement compensés par des variations de débit du carburant. L'invention a donc pour objet une commande de rétablissement qui opère par réglage de la charge exercée sur le moteur du groupe électrogène auxiliaire par la charge imposée au compresseur d'air. Cette commande comprend un circuit d'établissement du débit voulu de carburant envoyé au moteur, un circuit de variation de la charge imposée au compresseur et un circuit sensible à la vitesse du moteur afin de régler la charge imposée au compresseur. Le compresseur comporte des ailettes mobiles d'entrée qui font varier le débit d'air entrant dans ce compresseur et donc la charge que ce dernier impose au moteur. Le moteur consiste en une turbine à gaz propulsée par les gaz produits par un générateur rotatif. La commande du groupe électrogène règle la vitesse du générateur de gaz en fonction de l'altitude de

l'aéronef.

L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un groupe électrogène auxiliaire dont certaines parties sont arrachées pour permettre de voir les pièces internes; la figure 2 est un schéma fonctionnel du groupe électrogène auxiliaire, du régulateur électronique ainsi que des détecteurs et des éléments de manoeuvre se rapportant à l'invention; la figure 3 est une élévation représentant les ailettes directrices d'entrée du compresseur; la figure 4 est une coupe longitudinale de détail du compresseur de pressurisation et en montre une ailette directrice d'entrée en élévation; la figure 5 représente schématiquement le mécanisme de commande des ailettes directrices; la figure 6 est un schéma fonctionnel simplifié de la partie de la commande du groupe électrogène auxiliaire se rapportant au réglage du débit de carburant envoyé au moteur du groupe et de la position des ailettes directrices d'entrée du compresseur; et la figure 7 est un organigramme de la commande

des ailettes directrices du compresseur.

La figure 1 représente un groupe électrogène auxiliaire 10 comprenant une turbine motrice 11 qui fait tourner un arbre 12 relié par un train d'engrenage 13 à un

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générateur électrique 14 et à un compresseur 15 d'air de pressurisation. La turbine 11 utilise le carburant des réacteurs qu'une canalisation 17 prélève sur le circuit de carburant de l'aéronef et dirige sur une pompe 18. Le carburant passe par un robinet doseur 19 et un robinet de coupure 20 et parvient à un générateur de gaz rotatif 21. Le compresseur 22 du moteur délivre l'air qui est mélangé au carburant et brûlé dans le générateur 21 de manière à

produire le gaz de propulsion de la turbine 11.

Une canalisation d'admission 25 dirige l'air sur le compresseur de pressurisation 15. Une canalisation 26 dirige l'air su;- le compresseur 22 du moteur. Une troisième canalisation 27 dirige de l'air sur un ventilateur 28 qui fait circuler de l'air de refroidissement dans le compartiment de l'aéronef qui loge le groupe électrogène auxiliaire. La turbine 11 de ce groupe fait tourner le générateur 14 et le compresseur de pressurisation 15 afin de délivrer à l'aéronef de l'énergie électrique et de l'air de climatisation. Lorsque la charge mécanique imposée à la turbine change, la vitesse de cette dernière change aussi. La vitesse de la turbine déterminant la fréquence du générateur en l'absence d'un système de commande élaboré à vitesse constante, une variation de la charge mécanique imposée à cette turbine provoque une variation correspondante de la fréquence du générateur. La vitesse de la turbine du groupe électrogène auxiliaire est normalement déterminée par réglage du débit d'alimentation du carburant. Toutefois, lorsque la charge imposée à la turbine change, l'inertie du système empêche le rétablissement rapide de sa vitesse à partir de l'instant de la modification de la charge. Ce long intervalle de temps de réponse provoque à la sortie du générateur du groupe des fréquences transitoires préjudiciables qui peuvent avoir un effet néfaste sur les composants électriques disposés à bord et dépendant de la

précision de la fréquence d'alimentation.

Pour minimiser les phénomènes transitoires et maintenir le système dans les limites de- tolérance de fréquence, une commande de répartition de la charge règle la position des ailettes directrices d'entrée du compresseur de pressurisation afin d'accroître la charge mécanique que le compresseur impose à la turbine motrice. La commande du robinet doseur de carburant alimente le générateur de gaz à un débit suffisant pour faire tourner la turbine motrice à la vitesse nécessaire pour obtenir la fréquence correcte de sortie du générateur. La charge pneumatique en excès qui est déchargée par la soupape d'élimination des à-coups du compresseur est utilisée en coussin pour absorber les

variations rapides de la charge imposée à la turbine motrice.

Ensuite, lorsque la charge imposée à la turbine motrice change, par exemple par suite d'une variation de la charge électrique imposée au générateur, un système de commande règle la position des ailettes directrice d'entrée du compresseur afin de minimiser les phénomènes transitoires de courte durée pendant que la commande du robinet de carburant est réajustée afin de maintenir la vitesse voulue de régime permanent. Le groupe électrogène auxiliaire utilise un régulateur électronique 30 qui est de préférence un microprocesseur. Les signaux d'entrée provenant des détecteurs situés dans le groupe électrogène auxiliaire ainsi que de l'aéronef donnent les informations à l'aide desquelles le régulateur 30 émet des signaux de commande destinés aux éléments de commande du groupe électrogène auxiliaire et aux dispositifs d'affichage des bonnes conditions devant régner dans l'aéronef. La figure 2 ne représente que les parties du circuit de commande qui se rapportent directement à la

présente invention.

Des signaux de commande que reçoit le régulateur comprennent: 32 - la température du carburant à l'admission Tf 33 - la pression de décharge du compresseur du moteur CDP 34 - la vitesse du générateur de gaz NG - la vitesse de la turbine motrice Npt

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36 - la température ambiante Tamb 37 - la pression à l'admission du compresseur de pressurisation PEN

38 - la pression différentielle dans le compres-

seur de pressurisation L P 39 - la pression à la sortie du compresseur de pressurisation P SO - la température mesurée dans le générateur de gaz MGT 41 - les signaux de polarisation destinés au réglage des ailettes directrices d'entrée du compresseur de pressurisation et de la limite de la température mesurée des gaz 42 - les signaux d'entrée provenant de l'aéronef et comprenant le rapport de la pression de l'air en altitude à celle qui règne au sol ainsi que l'état du générateur

principal de l'aéronef.

Les sorties du régulateur 30 sont connectées aux

éléments de commande du groupe électrogène auxiliaire. Ceux-

ci comprennent: 43 - le dispositif d'allumage du carburant dans le générateur de gaz 21, 22 44 - un mécanisme de commande du robinet 18 de dosage du carburant ainsi qu'un capteur complémentaire de position 44t qui ferme la boucle d'asservissement de la commande du robinet - le mécanisme de commande des ailettes directrices d'entrée du compresseur de pressurisation ainsi

qu'un transducteur complémentaire 45' de retour d'informa-

tion de la position de ces ailettes.

La figure 3 représente schématiquement les ailettes directrices d'entrée 48. De multiples ailettes sont disposées autour de l'admission du compresseur de pressurisation et sont montées pivotantes de manière à pouvoir être déplacées entre la position d'ouverture totale 48a et la position de fermeture totale 48b. Comme le montre plus particulièrement la figure 4, chaque ailette directrice 48 est montée sur un arbre 49. Un pignon 50 est en prise avec

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E une couronne dentée 51 que peut faire tourner le mécanisme de commande des ailettes de manière à les faire tourner toutes

pour les mettre à la position voulue.

Le signal de commande des ailettes directrices d'entrée est transmis à un moteur couple 54 que représente la figure 5 et qui commande un robinet asservi 55 qui dose le flux d'un fluide hydraulique envoyé à un cylindre de manoeuvre 56. La tige 58 d'un piston 57 est reliée à la couronne dentée 51. Un prolongement 60 de la tige de piston 58 constitue le noyau d'un transformateur différentiel 61 qui transmet un signal de retour d'information de la position des

ailettes directrices d'entrée au régulateur 30.

Le circuit hydraulique utilise de préférence le carburant destiné au groupe électrogène auxiliaire en fluide de commande. Une canalisation d'entrée 63 est raccordée au refoulement de la pompe à carburant 20, tandis que la sortie 64 du robinet d'asservissement et la décharge 65 du cylindre sont raccordées à l'admission de la pompe. Un ressort 66 monté dans le cylindre 56 repousse le piston 57 vers la gauche, dans la représentation du dessin, cette position correspondant à celle de fermeture des ailettes directrices d'entrée 48; ainsi, en cas de défaillance du circuit

hydraulique, les ailettes directrices sont fermées.

La commande de la vitesse du groupe électrogène auxiliaire, représentée sur la figure 6, est constituée de circuits qui comparent les différents paramètres du système et envoient un signal convenable à un mécanisme de commande du robinet doseur de carburant qui est disposé dans la boucle

de commande de la position de ce robinet doseur.

La vitesse réelle NG du générateur de gaz est additionnée au point de sommation 70 à la vitesse maximale NG MAX de ce générateur. Le signal résultant d'erreur est envoyé séquentiellement à un circuit d'écrêtage positif 71, un circuit de polarisation 72 et finalement à un circuit 73 de sélection de la valeur la plus basse. Ce premier signal d'entrée dans ce circuit 73 de sélection de la valeur la plus basse représente une fonction de limitation de la vitesse du

générateur de gaz.

Un autre signal d'entrée dans le circuit 73 de sélection de la valeur la plus basse est produit par division de NG par une fonction de la température ambiante f(Tamb) dans un bloc 74. Le signal de sortie du bloc 74 est envoyé à un bloc 75 générateur de signaux, le signal de sortie de ce bloc représentant le débit du carburant en fonction d'un programme d'accélération souhaité et constituant le second signal d'entrée dans le circuit 73 de sélection de la valeur

la plus basse.

Un autre signal d'entrée dans le circuit 73 de sélection de la valeur la plus basse est produit par sommation à un point de jonction 76 du signal de vitesse réelle de la turbine motrice NDt et d'un signal représentant la vitesse maximale de cette turbine ou 100 % de NPt de manière à obtenir un signal d'erreur de la vitesse de cette turbine. Ce signal est modifié par un bloc 77 de commande de vitesse dont le signal de sortie est représentatif de la commande de la vitesse de la turbine motrice et forme le troisième signal d'entrée dans le circuit 73 de sélection de

la valeur la plus basse.

Les trois signaux d'entrée dans le bloc 73 sont comparés et le signal avant la valeur la plus basse est envoyé a un circuit 78 de sélection de la valeur la plus élevée. L'autre signal d'entrée dans le bloc 78 est le signal de sortie d'un bloc 79 qui représente le programme de décélération du débit de carburant. La valeur la plus élevée des deux signaux est envoyée à un point de jonction de sommation 80 qui fait partie de la boucle de commande de la position du robinet doseur de carburant. Un signal de polarisation et l'information de la position du robinet doseur sont additionnés au signal de sortie du circuit 78 de sélection de la valeur la plus élevée, la sommation étant effectuée à une jonction 80 et la somme des signaux étant envoyée à la commande 81 du robinet doseur de carburant 19 de manière à régler le débit du carburant de façon à conférer

avec précision au système la vitesse de régime permanent.

Le schéma fonctionnel de la figure 6 représente également le mode de fonctionnement de la commande de

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répartition de la charge. La vitesse voulue NG du générateur de gaz 21 est sélectionnée par un circuit démultiplicateur 89 qui reçoit un signal d'entrée PEN et dont le signal de

sortie représente la vitesse souhaitée du générateur de gaz.

Le signal PEN' c'est-à-dire le signal de la pression d'admission dans le compresseur *de pressurisation, est -une mesure de la pression atmosphérique et donc de l'altitude de l'aéronef. Le circuit démultiplicateur 89 détermine d'après la pression de l'air la bonne vitesse de fonctionnement du générateur de gaz. La vitesse réelle de ce générateur, qui est corrigée pour d'autres conditions du système.dans le bloc et qui est représentée sous forme de la fonction f(NG) est additionnée à la vitesse souhaitée du générateur de gaz au point de jonction de sommation 91. Le signal d'erreur résultant est envoyé à un circuit redresseur 92 qui sélectionne la polarité du signal d'erreur représentant une condition suivant laquelle la vitesse réelle N G est inférieure à la vitesse souhaitée N G du générateur de gaz. Ce signal est envoyé par l'intermédiaire d'un commutateur analogique 93 et d'un circuit 94 de sélection de la valeur la plus basse qui sera décrit plus bas à un point de jonction de sommation 95. Le commutateur analogique 93 sélectionne le mode de répartition de la charge e.t il est déclenché par un circuit logique 96 de répartition de la charge lorsque l'aéronef est en vol ou lorsque l'aéronef est au sol et que le générateur 14 du groupe électrogène auxiliaire fonctionne conjointement avec au moins un générateur principal de l'aéronef. Le signal de sortie du point de jonction de sommation 95 est envoyé par un commutateur analogique 97 à

un circuit démultiplicateur 98 et à la boucle 99 d'asservis-

sement de la position des ailettes directrices d'entrée.

La commande de la vitesse transitoire est basée sur le signal d'erreur de la vitesse de la turbine motrice NPter, ce signal étant produit au point de jonction de sommation 76 et étant dirigé par l'intermédiaire d'un circuit 101 à bande morte et d'un circuit de compensation 102 au point de jonction de sommation 95. Comme expliqué plus haut, le signal de sortie du point de jonction de sommation 95 commande la position des ailettes directrices d'entrée du compresseur de pressurisation. Le circuit à bande morte 101 correspond à la plage de tolérance de la fréquence du générateur 14 et évite la modulation de la position des ailettes directrices d'entrée pour de petites variations de vitesses. Dans un exemple caractéristique de groupe électrogène auxiliaire, la vitesse de la turbine motrice se rétablit en quelques secondes à la suite de variations de la charge imposée, de sorte que la modification du régime de fonctionnement du compresseur de pressurisation afin de compenser les charges électriques transitoires ne dure pas suffisamment longtemps pour changer de façon notable le régime de fonctionnement des systèmes de l'aéronef qui

utilisent de l'air comprimé.

Lorsque de fortes charges électriques et pneumatiques sont imposées au groupe électrogène auxiliaire, la température mesurée des gaz MGT peut atteindre sa valeur de limitation. Le circuit 105 et le circuit 94 de sélection de la valeur la plus basse sont prioritaires sur la vitesse programmée du générateur de gaz lorsque cette température est atteinte. Le signal MGT est additionné au signal limiteur de polarisation MGTLIMIT au point de jonction 106. Le circuit d'écrêtage positif 107 sélectionne le signal négatif de

différence de polarité indiquant une température excessive.

Ce signal est combiné avec un signal de polarisation au point de jonction de sommation 108, il est démultiplié dans un circuit limiteur 109 et envoyé par l'intermédiaire d'un autre circuit de démultiplication et de compensation 110 au circuit 94 de sélection de la valeur la plus basse. Lorsque la condition de limitation de la température mesurée du gaz MGT est atteinte, la commande déplace les ailettes directrices d'entrée du compresseur de pressurisation vers leur position de fermeture en réduisant la charge imposée au groupe

électrogène auxiliaire.

La figure 7 représente l'organigramme du mode de fonctionnement de répartition de la charge. La pression d'admission dans le compresseur de pressurisation PEN est

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utilisée dans un bloc 115 pour sélectionner la vitesse de

référence ou vitesse souhaitée du générateur de gaz NGREF.

Dans un bloc 116, une fonction de la vitesse réelle du générateur de gaz f(NG) est additionnée à la vitesse NGREF pour produire un signal d'erreur NGer. Si ce signal NGer est supérieur à zéro dans un bloc 117, il est multiplié dans un bloc 118 par un facteur de gain K. S'il n'est pas supérieur à zéro, il est posé égal à zéro dans un bloc 119. La valeur absolue de l'erreur de vitesse de la turbine motrice Npt er est établie dans un bloc 120 de manière à déterminer si elle est supérieure à la bande morte DB. Si elle ne l'est pas,

l'erreur de vitesse est posée égale à zéro dans un bloc 121.

Si l'erreur est supérieure à la bande morte, le bloc 122 multiplie l'erreur par le facteur de compensation du circuit 102. Dans le bloc 123, l'erreur de vitesse du générateur de gaz est additionnée au signal de vitesse compensée de la turbine motrice de manière à délivrer le signal de commande

des ailettes directrices d'entrée IGVO.

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Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Commande de groupe électrogène auxiliaire pour aéronef, comprenant un moteur (11) qui commande un générateur (14) ainsi qu'un compresseur d'air (15), les vitesses du moteur, du compresseur d'air et du générateur étant en relation directe, le moteur (11) étant équipé d'un robinet doseur de carburant (19) et d'une commande (30), groupe caractérisé. en ce qu'il comprend un circuit destiné à minimiser la variation de vitesse du moteur, du générateur et du compresseur en fonction des variations de la charge électrique imposée au générateur, le circuit comprenant un dispositif (81) porté dans ladite commande et destiné à établir un débit déterminé de carburant envoyé au moteur, un dispositif (48) destiné à faire varier la charge que le compresseur d'air (15) impose au moteur (11) et un dispositif (34, 35) sensible à la vitesse, soit du moteur, soit du génèrateur/ soit du compresseur et destiné à faire varier la charge du compresseur afin de minimiser la variation de la vitesse et de la fréquence de sortie du

générateur.

2. Commande de groupe électrogène auxiliaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la vitesse du moteur est sélectionnée de manière que celui-ci commande le générateur de façon que l'énergie électrique produite par

ce dernier soit à une fréquence voulue.

3. Commande de groupe électrogène auxiliaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif destiné à faire varier la charge que le compresseur d'air impose au moteur comprend des éléments de

commande de l'admission d'air dans le compresseur.

4. Commande de groupe électrogène auxiliaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que le compresseur d'air (15) comporte des ailettes directrices (48) mobiles entre une première position dans laquelle elles ferment l'admission du compresseur et une seconde position

dans laquelle elles ouvrent cette admission.

5. Commande de groupe électrogène auxiliaire selon la revendication 1 et destinée à-un groupe dans lequel

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le moteur est une turbine (11) commandée par les gaz produits par un générateur rotatif (21), caractérisée en ce que la commande du groupe détermine la vitesse du générateur de gaz

en fonction d'une condition ambiante.

6. Commande de groupe électrogène auxiliaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite

condition ambiante est l'altitude de l'aéronef.

7. Commande de groupé électrogène auxiliaire * selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (89) sensible à l'altitude de l'aéronef et destiné à établir une vitesse voulue du générateur de gaz, un dispositif (34) de mesure de la vitesse réelle du générateur de gaz, un circuit (91, 92) de combinaison de la vitesse voulue du générateur de gaz et de la vitesse réelle de ce générateur de manière à déterminer un signal d'lerreur de vitesse de ce générateur, ledit compresseur d'air (15) comportant des ailettes directrices d'entrée (48) qui sont mobiles entre une position d'ouverture et une position de fermeture, ledit signal d'erreur de vitesse du générateur de gaz étant utilisé pour positionner les ailettes directrices d'entrée de manière à faire varier la charge mécanique imposée à la turbine motrice (11) ainsi que la vitesse de

cette dernière.

8. Commande de groupe électrogène auxiliaire selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (76) de détermination d'une vitesse voulue de la turbine, un dispositif (35) de mesure de la vitesse réelle de la turbine et un circuit (77, 95) de combinaison de la vitesse voulue et de la vitesse réelle de la turbine de manière à produire un signal d'erreur de vitesse de cette turbine, ce signal d'erreur étant utilisé pour positionner

lesdites ailettes directrices d'entrée (48).

9. Commande de groupe électrogène auxiliaire selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'il comprend un circuit (117, 121) de combinaison du signal d'erreur de la vitesse du générateur de gaz et du signal d'erreur de la vitesse de la turbine et un circuit (123) sensible à la somme de ces signaux d'erreur et destiné à positionner les ailettes

directrices d'entrée du compresseur d'air.