FR2953562A1 - Procede de refroidissement d'equipements disposes au voisinage de la zone chaude d'un turboreacteur et dispositif correspondant - Google Patents

Procede de refroidissement d'equipements disposes au voisinage de la zone chaude d'un turboreacteur et dispositif correspondant Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de refroidissement des équipements (17) d'un aéronef comprenant un turboréacteur (1) entouré par une nacelle, ledit turboréacteur comportant une zone froide comprenant une soufflante en amont d'une zone chaude, lesdits équipements étant du type fluidique et mécanique et étant disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude du turboréacteur (1) de manière à réduire l'encombrement de la nacelle, caractérisé en ce que, après l'arrêt du turboréacteur, on entretient la circulation d'au moins un fluide d'un circuit de circulation de fluide (19, 21) des équipements fluidiques dudit aéronef jusqu'à ce que la température redescende à une valeur prédéterminée. L'invention concerne également un dispositif de refroidissement correspondant.

Description

L'invention se rapporte au domaine des turboréacteurs et plus précisément à un procédé et un dispositif de refroidissement d'équipements disposés au voisinage de la zone chaude d'un turboréacteur.
Des progrès notables ont été réalisés dans les turboréacteurs, en ce qui concerne la diminution de la consommation de carburant grâce à l'amélioration, par exemple, de l'aérodynamique générale de l'aéronef. En effet, une amélioration consiste à réduire la traînée du turboréacteur et à rendre sa nacelle la plus compacte et la plus aérodynamique possible.
Pour cela, il est connu de transférer un maximum d'équipements de l'aéronef, se trouvant classiquement au voisinage d'une zone froide, à savoir, autour d'une soufflante de turboréacteur, à proximité d'une zone chaude du turboréacteur offrant de l'espace disponible agencé à l'arrière de ladite zone froide. De ce fait, certains équipements se retrouvent dans un environnement très chaud (de 150° à 300°C). La mise en place d'écran thermique, de débit de ventilation de nacelle et la présence d'un gicleur de fuite interne aux équipements les plus chauds permettent de tenir cet environnement pendant le fonctionnement du moteur. Cependant, à l'arrêt du moteur, il n'y a plus de débit de fluide tel que l'huile ou le carburant, ou de flux d'air dans la nacelle. Par conséquent, les équipements montent en température avant de se refroidir progressivement. Sur les plus gros turboréacteurs existant, un dispositif de « cheminée » est prévu et permet l'évacuation d'une grande partie de la chaleur par le haut du turboréacteur. Mais sur certains types de turboréacteurs moins imposants, les équipements sont tellement confinés au voisinage de la zone chaude que la mise en place d'un tel dispositif de « cheminée » n'est pas possible. Les équipements subissent alors de fortes contraintes thermiques et sont endommagés rapidement. L'invention résulte de l'analyse faite ci-dessus et a pour but de proposer un procédé de refroidissement des équipements d'un aéronef disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude du turboréacteur permettant de limiter la montée en température des équipements à l'arrêt du moteur et de réduire le risque de cokéfaction dans les équipements flu'iiques. u p L émeu, i wileur ne un proée e de refroidissement equlpenlen s d'un aéronef (ompren0nt un turboréacteur entouré par une nacelle, ledit turboréacteur comportant une zone froide comprenant une soufflante en amont d'une zone chaude, lesdits équipements étant du type fluidique et mécanique et étant disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude du turboréacteur de manière à réduire l'encombrement de la nacelle, caractérisé en ce que, après l'arrêt du turboréacteur, on entretient la circulation d'au moins un fluide d'un circuit de circulation de fluide des équipements fluidiques dudit aéronef jusqu'à ce que la température redescende à une valeur prédéterminée.
Selon une caractéristique, on fait circuler du carburant dans un premier circuit de circulation de fluide pour éviter la cokéfaction. Selon une autre possibilité, on fait circuler de l'huile dans un second circuit de circulation de fluide. Selon encore une autre caractéristique, on entretient la rotation de la soufflante pour faire circuler de l'air dans le turboréacteur.
Selon encore une autre caractéristique, on fait passer l'huile du second circuit de circulation dans un échangeur de chaleur air/huile, et on refroidit ledit échangeur de chaleur air/huile par l'air soufflé par la soufflante. Selon encore une autre caractéristique, on fait passer le carburant du premier circuit de circulation dans un échangeur de chaleur carburant/huile, et on refroidit ledit échangeur de chaleur carburant/huile par le carburant. Selon une première étape d'un mode de réalisation de l'invention, on identifie les équipements à refroidir. Selon une seconde étape, on surveille l'atteinte d'un régime de rotation de la soufflante apte à permettre le refroidissement pendant la 25 décélération du turboréacteur intervenant après son arrêt. Selon une troisième étape, on détermine la durée du maintien de la circulation du carburant et de l'huile respectivement dans le premier et dans le second circuit de circulation de fluide nécessaire pour refroidir les équipements, 30 Selon une quatrième étape, on pilote un alterno-démarreur associé au turboréacteur pour maintenir le régime de rotation apte à permettre le refroidissement des équipements, Selon une cinquième étape, on pilote l'alterno-démarreur associé au turboréacteur pour maintenir fa circulation du carburant et de 35 hule Flr LLI'CHI'2 dl L, pl L'H u bLOCIU LitLuit de circulation de fluide.
L'invention concerne également un dispositif de refroidissement des équipements d'un aéronef comprenant un turboréacteur entouré par une nacelle, ledit turboréacteur comportant une zone froide comprenant une soufflante en amont d'une zone chaude, lesdits équipements étant du type fluidique et mécanique et étant disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude du turboréacteur de manière à réduire l'encombrement de la nacelle, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend un dispositif de régulation numérique du turboréacteur permettant, après l'arrêt du turboréacteur, d'activer au moins une pompe d'au moins un circuit de circulation d'un fluide en cas de détection, par au moins un moyen de détection de la température dudit fluide circulant dans le turboréacteur, d'une valeur de température dudit fluide supérieure à une valeur seuil prédéterminée, ladite pompe étant activée jusqu'à ce que la température redescende à ladite valeur seuil prédéterminée. Selon des caractéristiques du dispositif selon l'invention : -le dispositif de régulation numérique commande un alternodémarreur pour activer au moins une pompe apte à permettre la circulation d'un carburant dans un premier circuit de circulation de fluide, -le dispositif de régulation numérique commande l'alternodémarreur pour activer au moins une pompe apte à permettre la circulation d'une huile dans un second circuit de circulation de fluide, -I'alterno-démarreur est exploité pour commander l'entraînement en rotation de la soufflante du turboréacteur de manière à entretenir la circulation de l'air sur les équipements à refroidir, -le second circuit de circulation de fluide comprend un échangeur de chaleur air/huile, l'huile étant refroidie par la circulation de l'air soufflé par la soufflante, -un échangeur de chaleur carburant/huile est agencé entre le premier et le second circuit de circulation de fluide, l'huile étant refroidi par la circulation du carburant dans ledit échangeur de chaleur carburant/huile, -les équipements à refroidir sont agencés autour d'un compresseur haute pression de la zone chaude du turboréacteur et u dtiur de fluide, second circuit rie circulation de fluide, le boitier d'entrainement d'accessoires apte à entraîner des équipements auxiliaires, et lesdits équipements auxiliaires.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle- ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un turboréacteur selon l'invention, comprenant des équipements disposés dans un espace disponible au voisinage d'une zone chaude du turboréacteur, et la figure 2 est une vue schématique de principe de circulation de deux circuits de circulation de fluide, tel que le carburant et l'huile, selon l'invention. 15 En référence à la figure 1, il est représenté schématiquement un turboréacteur 1 d'aéronef entouré par une nacelle 3. Le turboréacteur 1 est essentiellement composé, de l'avant vers l'arrière considérée par rapport à une direction d'avancement 5 de l'aéronef rencontrée suite à la 20 poussée exercée par le turboréacteur 1, une soufflante 7 de grande dimension, et un compresseur basse pression ou « booster » 9, un compresseur haute pression 11, une turbine haute pression 13 et une turbine basse pression 15 de plus petite dimension. Classiquement, la soufflante 7 et le compresseur basse pression 25 9 représentent une zone froide du turboréacteur alors que le compresseur haute pression 11 et la turbine haute pression 13 représentent une zone chaude. Tel que représenté sur la figure 1, des équipements 17 de type fluidiques et mécaniques sont disposés dans un espace disponible au 30 voisinage du compresseur haute pression 15 dans la zone chaude du turboréacteur 1 de manière à réduire l'encombrement de la nacelle 3. Selon l'invention, il est proposé un dispositif de refroidissement 25 de tels équipements 17 tel que l'illustre la figure 2. Ces équipements 17 à refroidir sont montés sur une boite d'engrenage 18 et comprennent un 35 emier ultuu!r d uulauurl ue dulie .i` , ILl cru«al [Durant, un second circuit de circulation de fluide 21, ici de l'huile, un alterna-démarreur 23 et d'autres équipements auxiliaires non représentés. Dans le second circuit de circulation de fluide 21 circule de l'huile destinée à la lubrification des éléments fonctionnels implantés dans le turboréacteur. Ledit circuit est fermé et comprend une pompe de récupération 35 de l'huile, ayant servie à la lubrification d'éléments du turboréacteur 1 à lubrifier, entrainée par l'alterno-démarreur 23 et raccordée d'une part à un réservoir d'huile 31 et d'autre part à un échangeur huile/carburant 37 échangeant avec le second circuit de circulation de fluide 21 de manière à refroidir l'huile par circulation du carburant utilisé en tant que réfrigérant. En aval de l'échangeur huile/carburant 37, l'huile circule dans une pompe d'alimentation 33 en huile d'éléments du turboréacteur 1 à lubrifier, puis dans un échangeur air/huile 39 avant de passer dans les éléments du turboréacteur 1 à lubrifier puis à nouveau dans I' échangeur air/huile 39 et dans la pompe de récupération 35 avant de retourner à l'échangeur 37. L'échangeur air/huile 39 est refroidi par de l'air provenant du turboréacteur et notamment de la rotation de la soufflante 7. L'air, considéré comme une source froide, améliore ainsi le refroidissement de l'huile, traversant par ailleurs l'échangeur huile/carburant 37 lorsque le dispositif de refroidissement 25 est en état de marche. Dans le premier circuit de circulation de fluide 19 circule du carburant. Le carburant est prélevé dans un réservoir 41, situé dans l'aile de l'aéronef, par une pompe de gavage 43, puis transite, via le premier circuit de circulation 19, à travers l'échangeur de chaleur huile/carburant 37, une pompe haute pression 45 précédée d'un filtre 47 et un dispositif de dosage du débit de carburant 49. Le dispositif de dosage de carburant 49 alimente les injecteurs d'une chambre de combustion du turboréacteur de la quantité de carburant nécessaire en fonction des ordres reçus du poste de pilotage et recycle le surplus de carburant fourni par la pompe à haute pression 45 par l'intermédiaire d'un dispositif de recirculation 51 du carburant renvoyant vers le réservoir 41. Enfin, des conduites 53 prélèvent du carburant à haute pression dans le dispositif de dosage de carburant 49 afin d'alimenter des commandes 55 hydrauliques du moteur, utilisant le i r) dru, tc L ci,b ',Li ms.
Plus précisément, le dispositif de refroidissement 25 comprend un dispositif de régulation numérique 57, autrement appelé ECU (Engine Control Unit) permettant, après l'arrêt du turboréacteur, de commander l'alterno-démarreur 23. Le dispositif de régulation numérique 57 est positionné autour de la zone la plus froide du turboréacteur 1 et notamment autour de la soufflante 7. Le dispositif de régulation numérique 57 est apte à activer les pompes 35, 33, 43, 45 des circuits de circulation de fluide 19, 21 en cas de détection, par au moins un moyen de détection de la température (non représenté) des fluides et de l'air ambiants, d'une valeur de température supérieure à une valeur seuil prédéterminée. Avantageusement, lesdites pompes 35, 33, 43, 45 sont activées jusqu'à ce que la température redescende à ladite valeur seuil prédéterminée. La valeur seuil de température correspond à la valeur pour laquelle les équipements 17 ne sont pas détériorés. Elle est par exemple comprise entre 140°C et 150°C pour l'huile et 130°C à 140°C pour le carburant. Notamment, le dispositif de régulation numérique commande l'alterno-démarreur 23 pour activer la pompe de gavage 43 et la pompe haute pression 45 et faire circuler le carburant dans le premier circuit de circulation de fluide 19. Il commande, en outre, l'alterno-démarreur 23 pour activer la pompe d'alimentation 33 et la pompe de récupération 35 de l'huile et faire circuler l'huile dans le second circuit de circulation de fluide 21. Grâce à ce dispositif de refroidissement 25, on maintient donc un débit d'huile et de carburant dans, respectivement, le premier circuit de circulation de fluide 19 et dans le second circuit de circulation de fluide 21 de sorte à éviter la montée brusque en température de ces circuits, disposés dans la zone chaude du turboréacteur, durant quelques minutes après l'arrêt du turboréacteur. D'autre part, le dispositif de régulation numérique 57 pilote l'alterno-démarreur 23 pour commander l'entrainement en rotation de du turboréacteur et donc de sa soufflante 7 de manière à entretenir la circulation de l'air sur les équipements à refroidir. Grâce au maintien du régime du turboréacteur à faible vitesse, on entretient un débit de ventilation d'air sur les circuits de circulation de fluide 19 et 21 et sur les 17. 01 :,,qLLe, par e7empie, le risauL ue caKeraLuori dans le second circuit de circulation de fluide 21 due à une transformation du carburant en coke pouvant obturer le circuit. Ainsi selon un mode de fonctionnement de l'invention, après l'arrêt du turboréacteur, le dispositif de régulation numérique 57 : identifie les équipements 17 à refroidir grâce aux moyens de détection de la température positionnés dans le premier circuit de circulation de fluide 19, dans le second circuit de circulation de fluide 21, et à l'extérieur au niveau de la zone chaude du turboréacteur, surveille l'atteinte d'un régime de rotation de la soufflante 7 apte à permettre le refroidissement pendant la décélération du turboréacteur intervenant après son arrêt, détermine la durée pendant laquelle l'alterno-démarreur devra maintenir la circulation du carburant et de l'huile respectivement dans le premier 19 et dans le second 21 circuit de circulation de fluide nécessaire pour refroidir les équipements fluidiques, pilote l'alterno-démarreur 23 associé au turboréacteur 1 pour maintenir le régime de rotation apte à permettre le refroidissement des équipements 17, et pilote l'alterno-démarreur 23 associé au turboréacteur 1 pour maintenir la circulation du carburant et de l'huile respectivement dans le premier 19 et dans le second 21 circuit de circulation de fluide. Après la mise en oeuvre du procédé de refroidissement dans le turboréacteur, le dispositif de régulation numérique 57 surveille la température dans le premier circuit de circulation de fluide 19, dans le second circuit de circulation de fluide 21, et à l'extérieur au niveau de la zone chaude du turboréacteur jusqu'à ce qu'elle redescende à la valeur seuil prédéterminée au dessous de laquelle les équipements 17 ne courent aucun risque de détérioration. Une fois cette température atteinte, le turboréacteur s'arrête donc complètement car les équipements 17 sont refroidis. Grâce au procédé de refroidissement d'équipements disposés en zone chaude da turboréacteur et à son dispositif correspondant, les 35 pas une température susceptibles de les détériorer et la cokéfaction du carburant est évitée. Ceci permet' notamment d'accroitre la durée de vie des équipements et de rendre l'aéronef plus sûr au cours des cycles de vol. Par ailleurs, ce procédé est de mise en oeuvre simple et nécessite la simple programmation du dispositif de régulation numérique.
Selon différents mode de réalisation de l'invention, l'alternodémarreur 23 peut être électrique, pneumatique ou mécanique et peut être commandé par un dispositif embarqué, appelé APU (Aircraft Power Unit) utiliser pour assurer au sol la génération pneumatique et électrique pour le démarrage des moteurs, la climatisation et l'alimentation des circuits électriques, par un générateur intégré dans l'avion. L'invention concerne aussi toute turbomachine équipée d'un dispositif de refroidissement tel que décrit ci-dessus.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement des équipements (17) d'un aéronef comprenant un turboréacteur (1) entouré par une nacelle (3), ledit turboréacteur comportant une zone froide comprenant une soufflante (7) en amont d'une zone chaude, lesdits équipements (17) étant du type fluidique et mécanique et étant disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude du turboréacteur (1) de manière à réduire l'encombrement de la nacelle (3), caractérisé en ce que, après l'arrêt du turboréacteur, on entretient la circulation d'au moins un fluide d'un circuit de circulation de fluide (19, 21) des équipements fluidiques dudit aéronef jusqu'à ce que la température redescende à une valeur prédéterminée.
  2. 2. Procédé de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait circuler du carburant dans un premier circuit de circulation de fluide (19) pour éviter la cokéfaction.
  3. 3. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fait circuler de l'huile dans un second circuit de circulation de fluide (21).
  4. 4. Procédé de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on entretient la rotation de la soufflante (7) pour faire circuler de l'air dans le turboréacteur.
  5. 5. Procédé de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fait passer l'huile du second circuit de circulation (21) dans un échangeur de chaleur 25 30 35 tiair/huile (39), et en ce qu'on refroidit ledit échangeur de chaleur air/huile par l'air soufflé par la soufflante (7).
  6. 6. Procédé de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait passer le carburant du premier circuit de circulation (19) dans un échangeur de chaleur carburant/huile (37), et en ce qu'on refroidit ledit échangeur de chaleur carburant/huile par le carburant.
  7. 7. Dispositif de refroidissement (25) des équipements (17) d'un aéronef comprenant un turboréacteur (1) entouré par une nacelle (3), ledit turboréacteur (1) comportant une zone froide comprenant une soufflante (7) en amont d'une zone chaude, lesdits équipements (17) étant du type fluidique et mécanique et étant disposés dans un espace disponible au voisinage de la zone chaude du turboréacteur (1) de manière à réduire l'encombrement de la nacelle (3), caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (25) comprend un dispositif de régulation numérique (57) du turboréacteur permettant, après l'arrêt du turboréacteur, d'activer au moins une pompe (33, 35, 43, 45) d'au moins un circuit de circulation (19, 21) d'un fluide en cas de détection, par au moins un moyen de détection de la température dudit fluide circulant dans le turboréacteur, d'une valeur de température dudit fluide supérieure à une valeur seuil prédéterminée, ladite pompe (33, 35, 43, 45) étant activée jusqu'à ce que la température redescende à ladite valeur seuil prédéterminée.
  8. 8. Dispositif de refroidissement selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de régulation numérique (57) commande un alterno-démarreur (23) pour activer au moins une pompe (43, 45) apte à permettre la circulation d'un carburant dans un premier circuit de circulation de fluide (19).. Dispositif de refroidissement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de régulation numérique (57) commande l'alterno-démarreur (23) pour activer au moins une pompe (33, 35) apte à permettre la circulation d'une huile dans un second circuit de circulation de fluide (21). 10. Dispositif de refroidissement selon l'une des 10 revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'alternodémarreur (23) est exploité pour commander l'entraînement en rotation de la soufflante (7) du turboréacteur (1) de manière à entretenir la circulation de l'air sur les équipements (17) à refroidir. 15 11. Dispositif de refroidissement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le second circuit de circulation (21) de fluide comprend un échangeur de chaleur air/huile (39), l'huile étant refroidie par la circulation de l'air soufflé 20 par la soufflante (7). 12. Dispositif de refroidissement selon la revendication 9, caractérise en ce qu'un échangeur de chaleur carburant/huile (37) est agencé entre le premier (19) et 25 le second (21) circuit de circulation de fluide, l'huile étant refroidie par la circulation du carburant dans ledit échangeur de chaleur carburant/huile (37). 13. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un 30 dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 7 à 12. 35
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