FR3132931A1 - Système de régulation de carburant - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système de régulation de carburant (4) comprenant :une source de carburant ;un conduit d’alimentation ;un circuit principal comprenant : une première pompe centrifuge ; un conduit de liaison ; une deuxième pompe centrifuge ; un conduit de refoulement ; etun circuit secondaire. Figure pour l’abrégé : Fig. 4
Description
La présente invention concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, la présente invention concerne la régulation de carburant au sein d’un moteur d’aéronef.
La régulation de carburant au sein d’un moteur d’aéronef est généralement assurée par un système comprenant une pompe volumétrique entraînée par un corps rotatif du moteur. Remplacer la pompe volumétrique par une pompe centrifuge pourrait procurer certains avantages ; notamment cela permettrait au système de régulation de carburant de gagner en robustesse. Toutefois, une pompe centrifuge présente certains inconvénients ; notamment, son rendement dépend du débit de carburant qu’elle délivre.
Un but de l’invention est d’améliorer un système de régulation de carburant pour moteur d’aéronef comprenant au moins une pompe centrifuge.
Il est à cet effet proposé, selon un aspect de l’invention un système de régulation de carburant pour moteur d’aéronef, le système comprenant :
une source de carburant ;
un conduit d’alimentation relié à la source de carburant ;
un circuit principal comprenant :
une première pompe centrifuge comprenant un port d’admission et un port de refoulement, le port d’admission étant relié au conduit d’alimentation ;
un conduit de liaison relié au port de refoulement de la première pompe centrifuge ;
une deuxième pompe centrifuge comprenant un port d’admission et un port de refoulement, le port d’admission de la deuxième pompe centrifuge étant relié au conduit de liaison ;
un conduit de refoulement relié au port de refoulement de la deuxième pompe centrifuge, le conduit de refoulement étant en outre configuré pour être relié à un injecteur d’une chambre de combustion du moteur ; et
un circuit secondaire comprenant au moins un organe configuré pour être actionné par une pression de carburant circulant au sein du circuit secondaire, le circuit secondaire comprenant un conduit d’entrée relié au conduit de refoulement et un conduit de sortie relié au conduit de liaison.
une source de carburant ;
un conduit d’alimentation relié à la source de carburant ;
un circuit principal comprenant :
une première pompe centrifuge comprenant un port d’admission et un port de refoulement, le port d’admission étant relié au conduit d’alimentation ;
un conduit de liaison relié au port de refoulement de la première pompe centrifuge ;
une deuxième pompe centrifuge comprenant un port d’admission et un port de refoulement, le port d’admission de la deuxième pompe centrifuge étant relié au conduit de liaison ;
un conduit de refoulement relié au port de refoulement de la deuxième pompe centrifuge, le conduit de refoulement étant en outre configuré pour être relié à un injecteur d’une chambre de combustion du moteur ; et
un circuit secondaire comprenant au moins un organe configuré pour être actionné par une pression de carburant circulant au sein du circuit secondaire, le circuit secondaire comprenant un conduit d’entrée relié au conduit de refoulement et un conduit de sortie relié au conduit de liaison.
Avantageusement, mais facultativement, le système selon l’invention peut comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou en combinaison :
- la première pompe centrifuge et la deuxième pompe centrifuge sont configurées de sorte à ce que, en fonctionnement, la première pompe centrifuge fournit une première pression et la deuxième pompe centrifuge fournit une deuxième pression, la première pression étant inférieure à la deuxième pression ;
- la première pompe centrifuge et la deuxième pompe centrifuge sont configurées de sorte à ce que, en fonctionnement, la première pompe centrifuge délivre un premier débit de fluide uniquement dédié à l’alimentation de la chambre de combustion et la deuxième pompe centrifuge délivre un deuxième débit de fluide dédié à la fois à l’alimentation de la chambre de combustion et à l’actionnement de l’au moins un organe, le premier débit étant inférieur au deuxième débit ;
- le circuit principal comprend en outre une restriction agencée au niveau du conduit de refoulement et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la deuxième pompe centrifuge ;
- la première pompe centrifuge et la deuxième pompe centrifuge sont configurées de sorte à ce que, en fonctionnement, la première pompe centrifuge fournit une première pression et la deuxième pompe centrifuge fournit une deuxième pression, la première pression étant inférieure à la deuxième pression ;
- la première pompe centrifuge et la deuxième pompe centrifuge sont configurées de sorte à ce que, en fonctionnement, la première pompe centrifuge délivre un premier débit de fluide uniquement dédié à l’alimentation de la chambre de combustion et la deuxième pompe centrifuge délivre un deuxième débit de fluide dédié à la fois à l’alimentation de la chambre de combustion et à l’actionnement de l’au moins un organe, le premier débit étant inférieur au deuxième débit ;
- le circuit principal comprend en outre une restriction agencée au niveau du conduit de refoulement et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la deuxième pompe centrifuge ;
- l’au moins un organe est un équipement à géométries variables ;
- chacune de la première pompe centrifuge et de la deuxième pompe centrifuge comprend une partie rotor et une partie stator, la partie rotor de la première pompe centrifuge étant solidaire en rotation de la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge ; et
- chacune de la première pompe centrifuge et de la deuxième pompe centrifuge comprend une partie rotor et une partie stator, la partie stator de la première pompe centrifuge étant montée fixe sur la partie stator de la deuxième pompe centrifuge.
- chacune de la première pompe centrifuge et de la deuxième pompe centrifuge comprend une partie rotor et une partie stator, la partie rotor de la première pompe centrifuge étant solidaire en rotation de la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge ; et
- chacune de la première pompe centrifuge et de la deuxième pompe centrifuge comprend une partie rotor et une partie stator, la partie stator de la première pompe centrifuge étant montée fixe sur la partie stator de la deuxième pompe centrifuge.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un moteur d’aéronef comprenant :
un système tel que précédemment décrit ;
un moteur électrique comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ;
une source d’alimentation électrique reliée au moteur électrique pour lui transmettre une puissance électrique afin d’entraîner en rotation l’élément rotatif ; et
une chambre de combustion comprenant un injecteur relié au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la deuxième pompe centrifuge.
un système tel que précédemment décrit ;
un moteur électrique comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ;
une source d’alimentation électrique reliée au moteur électrique pour lui transmettre une puissance électrique afin d’entraîner en rotation l’élément rotatif ; et
une chambre de combustion comprenant un injecteur relié au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la deuxième pompe centrifuge.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un moteur d’aéronef comprenant :
un système tel que précédemment décrit ;
un boîtier d’accessoires comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ;
un corps rotatif relié au boîtier d’accessoires pour entraîner en rotation l’élément rotatif ; et
une chambre de combustion comprenant un injecteur relié au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la deuxième pompe centrifuge.
un système tel que précédemment décrit ;
un boîtier d’accessoires comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ;
un corps rotatif relié au boîtier d’accessoires pour entraîner en rotation l’élément rotatif ; et
une chambre de combustion comprenant un injecteur relié au conduit de refoulement pour recevoir du carburant de la deuxième pompe centrifuge.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un aéronef comprenant un moteur d’aéronef tel que précédemment décrit.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre un aéronef de façon schématique.
La est une vue en coupe schématique d’un ensemble propulsif pour aéronef.
La illustre schématiquement un système de régulation de carburant selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre la caractéristique en pression/débit, pour deux régimes distincts, de chacune des deux pompes centrifuges d’un système de régulation de carburant selon un mode de réalisation de l’invention.
La illustre la caractéristique en rendement/débit pour chacun des deux régimes de chacune des deux pompes centrifuges dont la caractéristique en pression/débit est illustrée sur la .
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
La illustre un aéronef100comprenant au moins un ensemble propulsif1, en l’espèce deux ensembles propulsifs1. L’aéronef100représenté est un avion, civil ou militaire, mais pourrait être tout autre type d’aéronef100, tel qu’un hélicoptère. Les ensembles propulsifs1sont rapportés et fixés sur l’avion100, chacun sous une aile de l’avion100, comme visible sur la . Ceci n’est toutefois pas limitatif, puisqu’au moins un ensemble propulsif1peut être également monté sur l’aile de l’avion ou encore à l’arrière de son fuselage.
La illustre un ensemble propulsif1présentant un axe longitudinal X-X, et comprenant un moteur2(ou turbomachine) et une nacelle3entourant le moteur2.
L’ensemble propulsif1est destiné à être monté sur un aéronef100, par exemple de la manière illustrée sur la . A cet égard, l’ensemble propulsif1peut comprendre un mât (non représenté) destiné à relier l’ensemble propulsif1à une partie de l’aéronef100.
Le moteur2illustré sur la est un turboréacteur à double corps, double flux et entraînement direct. Ceci n’est toutefois pas limitatif puisque le moteur2peut comporter un nombre différent de corps et/ou de flux, et/ou être un autre type de turboréacteur, tel qu’un turboréacteur à réducteur ou un turbopropulseur.
Sauf précision contraire, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction globale d’écoulement d’air à travers l’ensemble propulsif1en fonctionnement. De même, une direction axiale correspond à la direction de l'axe longitudinal X-X et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X et coupant l’axe longitudinal X-X. Par ailleurs, un plan axial est un plan contenant l'axe longitudinal X-X et un plan radial est un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X. Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe longitudinal X-X. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence : elle est perpendiculaire à l’axe longitudinal X-X mais ne passe pas par l’axe longitudinal X-X. Enfin, les adjectifs « intérieur » (ou « interne ») et « extérieur » (ou « externe ») sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe longitudinal X-X que la partie extérieure du même élément.
Comme visible sur la , le moteur2comprend, de l’amont vers l’aval, une soufflante20, une section de compression22comprenant un compresseur basse pression220et un compresseur haute pression222, une chambre de combustion24et une section de détente26comprenant une turbine haute pression262et une turbine basse pression260. La chambre de combustion24comprend une rampe d’injection de carburant (non représentée) et une pluralité d’injecteurs d’allumage (non représentés). La rampe d’injection et/ou les injecteurs d’allumage constituent les principaux organes consommateurs de carburant du moteur2. La soufflante20, la partie rotor du compresseur basse pression220, et la partir rotor de la turbine basse pression260sont reliées entre elles par un arbre basse pression280s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, la soufflante20, le compresseur basse pression220et la turbine basse pression260formant alors un corps basse pression20,220,260,280, qui est un premier corps rotatif. La partie rotor du compresseur haute pression222et la partie rotor de la turbine haute pression262sont reliées entre elles par un arbre haute pression282s’étendant le long de l’axe longitudinal X-X, le compresseur haute pression222et la turbine haute pression262formant alors un corps haute pression222,262,282, qui est un deuxième corps rotatif. Comme visible sur la , la section de compression22, la chambre de combustion24et la section de détente26sont entourés par un carter moteur23, tandis que la soufflante20est entourée par un carter de soufflante25. Le carter moteur23et le carter de soufflante25sont reliés entre eux par des bras structuraux27profilés formant redresseurs (ou OGV pour« Outlet Guide Vanes »dans la terminologie anglo-saxonne) répartis de manière circonférentielle tout autour de l’axe longitudinal X-X. L’axe longitudinal X-X forme axe de rotation pour la soufflante20, la partie rotor de la section de compression22et la partie rotor de la section de détente26, autrement dit pour le corps basse pression20,220,260,280et le corps haute pression222,262,282, lesquels sont susceptibles d’être entraînés en rotation autour de l’axe longitudinal X-X par rapport au carter moteur23et au carter de soufflante25.
Le moteur2peut également comprendre au moins un boîtier d’accessoires (non représenté), appelé AGB (pour« Accessory gear box »dans la terminologie anglo-saxonne), par exemple logé dans une cavité ménagée au sein de la nacelle3. Le boîtier d’accessoires comprend un ensemble d’éléments rotatifs, tels que des engrenages, permettant d’entraîner en rotation une pluralité d’arbres autour de leur propre axe, des accessoires étant montés sur ces arbres pour tirer de leur rotation une puissance mécanique utile. L’ensemble d’engrenages est lui-même entraîné à l’aide d’un arbre de prise de force reliant, éventuellement par l’intermédiaire d’un boîtier de transfert (non représenté), le boîtier d’accessoires à l’un au moins parmi le corps haute pression222,262,282et le corps basse pression20,220,260,280, typiquement en étant engrené avec l’un au moins parmi l’arbre haute pression282et l’arbre basse pression280. A cet égard, l’arbre de prise de force peut s’étendre à l’intérieur d’une cavité longitudinale ménagée au sein de l’un des bras structuraux27. De cette manière, une puissance mécanique est susceptible d’être prélevée sur l’un au moins parmi le corps haute pression222,262,282et le corps basse pression20,220,260,280pour être délivrée à l’au moins parmi les accessoires par l’intermédiaire du boîtier d’accessoires.
Le moteur2comprend un certain nombres d’organes (ou équipements) configurés pour être actionnés au moyen de carburant. Plus précisément, ces organes sont à actionnement hydraulique et il est prévu d’utiliser du carburant sous pression pour assurer leur fonctionnement. Ces organes sont habituellement désignés sous l’appellation « équipements (ou accessoires) à géométries variables4200» ou, plus simplement, « géométries variables4200». Des exemples de géométries variables4200sont : des aubes à calage variables (e.g., aubes de stator du compresseur haute pression222), vannes de décharge de la veine primaire A ou de la veine secondaire B. Ces géométries variables4200ont donc besoin de l’énergie pneumatique liée à la pression de carburant pour fonctionner. Néanmoins, contrairement à un injecteur (d’allumage ou de rampe d’injection) de la chambre de combustion, les géométries variables4200ne consomment pas de carburant, car elles ne le dégradent pas par combustion.
La nacelle3s’étend radialement à l’extérieur du moteur2, tout autour de l’axe longitudinal X-X, de sorte à entourer à la fois le carter de soufflante25et le carter moteur23, et à définir, avec une partie aval du carter moteur23, une partie aval d’une veine secondaire B, la partie amont de la veine secondaire B étant définie par le carter de soufflante25et une partie amont du carter moteur23. La partie amont de la nacelle3définit en outre une entrée d’air29par laquelle la soufflante20aspire le flux d’air circulant à travers l’ensemble propulsif1. La nacelle3est solidaire du carter de soufflante25et rapportée et fixée à l’aéronef100au moyen du mât.
En fonctionnement, la soufflante20aspire un flux d’air dont une portion, circulant au sein d’une veine primaire A traversant le carter moteur23de part en part, est, successivement, comprimée au sein de la section de compression22, enflammée au sein de la chambre de combustion24par combustion de carburant, et détendue au sein de la section de détente26avant d’être éjectée hors du moteur2. Une autre portion du flux d’air circule au sein de la veine secondaire B qui prend une fourme annulaire allongée entourant le carter moteur23, l’air aspiré par la soufflante20étant redressé par les redresseurs27puis éjecté hors de l’ensemble propulsif1. De cette manière, l’ensemble propulsif1génère une poussée. Cette poussée peut, par exemple, être mise au profit de l’aéronef100sur lequel l’ensemble propulsif1est rapporté et fixé.
En vue d’alimenter à la fois les organes consommateurs de carburant, telles que les injecteurs (d’allumage ou de la rampe d’injection) de la chambre de combustion24, et les géométries variables4200, le moteur2comprend un système de régulation de carburant4, illustré sur la .
Le système de régulation de carburant4comprend une source de carburant40, telle qu’un réservoir, contenant le carburant destiné au fonctionnement des géométries variables4200et à la combustion au sein de la chambre de combustion24. En outre, un conduit d’alimentation400est relié à la source de carburant40.
Comme illustré par la , le système de régulation de carburant4comprend un circuit principal41et un circuit secondaire42, le circuit secondaire42étant relié au circuit principal41, lequel est relié à la source de carburant40par l’intermédiaire du conduit d’alimentation400.
Avantageusement, une pompe centrifuge de gavage4000est interposée entre la source de carburant40et le circuit principal41, sur le conduit d’alimentation400, pour la mise sous pression du circuit principal41et du circuit secondaire42.
Le circuit principal41comprend un certain nombres d’organes montés en série, parmi lesquels une première pompe centrifuge411et une deuxième pompe centrifuge412. Chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412comprend un port d’admission4110,4120et un port de refoulement4112,4122. En outre, un conduit de liaison413relie le port de refoulement4112de la première pompe centrifuge411au port d’admission4120de la deuxième pompe centrifuge412, de sorte à ce que le fluide refoulé par la première pompe centrifuge411soit intégralement admis par la deuxième pompe centrifuge412.
La première pompe centrifuge411est agencée de sorte à ce que son port d’admission4110soit relié au conduit d’alimentation400pour admettre du carburant à partir de la source de carburant40, éventuellement préalablement mis sous pression par la pompe centrifuge de gavage4000.
Comme visible sur la , le circuit principal41comprend en outre un conduit de refoulement414relié au port de refoulement4122de la deuxième pompe centrifuge412et à un organe consommateur de carburant, tel qu’un injecteur de la chambre de combustion24pour que ce dernier reçoive du carburant de la deuxième pompe centrifuge412. Ainsi, au moins une partie du carburant refoulé par la deuxième pompe centrifuge412peut être admis au sein de la chambre de combustion24pour être mélangé à l’air issu de la section de compression22afin d’être enflammé.
Avantageusement, le circuit principal41comprend un échangeur de chaleur415et/ou un filtre416, positionnés sur le conduit de liaison413, entre le port de refoulement4112de la première pompe centrifuge411et le port d’admission4120de la deuxième pompe centrifuge412. Le filtre416permet de traiter le carburant circulant au sein du système de régulation de carburant4afin d’en optimiser le fonctionnement. En outre, l’échangeur de chaleur415permet de refroidir le circuit d’huile des enceintes du moteur1au contact desquels le carburant circule, le système de régulation de carburant étant alors considéré comme une source froide capable d’absorber des calories.
Avantageusement, le circuit principal41comprend en outre une restriction417agencée au niveau du conduit de refoulement414et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la deuxième pompe centrifuge412. Plus précisément, la restriction417est configurée pour générer des pertes en ligne (ou pertes de charge), de nature thermique, au sein du conduit de refoulement414, ce qui permet d’ajuster le débit de carburant au sein du conduit reliant le conduit de refoulement414aux injecteurs de la chambre de combustion24. La restriction417peut être une vanne à section variable commandée par une servovalve.
Le circuit secondaire42est agencé en parallèle du circuit principal41, plus précisément en parallèle de la deuxième pompe centrifuge412, avantageusement également en parallèle de l’échangeur de chaleur415et du filtre416. A cet égard, le circuit secondaire42comprend un conduit d’entrée420relié au conduit de refoulement414et un conduit de sortie421relié au conduit de liaison413.
En outre, le circuit secondaire42comprend au moins une géométrie variable4200, laquelle est ainsi alimentée par au moins une partie du carburant refoulée par la deuxième pompe centrifuge412. Après avoir traversé la géométrie variable4200, le carburant est ensuite déversé dans le conduit de liaison413si bien qu’une partie du carburant admis par la deuxième pompe centrifuge412a, en fait, circulé à travers les géométries variables4200. En d’autres termes, le carburant admis par deuxième pompe centrifuge412pour partie est refoulé par la première pompe centrifuge411, et pour le reste a circulé au sein du circuit secondaire42. En outre, le carburant refoulé par la deuxième pompe centrifuge412pour partie circule au sein du circuit secondaire42, et pour le reste est brûlé au sein de la chambre de combustion24.
Chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412comprend une partie rotor et une partie stator, la partir rotor étant mobile par rapport à la partie stator, typiquement par rotation d’un arbre d’entrée de la pompe centrifuge411,412autour de son propre axe. De manière générale, chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412est une machine rotative qui pompe le carburant en le forçant au travers d’une roue à aubes, ou d'une hélice, généralement appelée « impulseur », lequel est solidaire de l’arbre et forme, avec l’arbre, la partie rotor. L’impulseur est logé au sein d’un carter de la pompe centrifuge411,412, lequel forme la partie stator. Par l’effet de la rotation de l’impulseur, le carburant pompé est aspiré axialement dans la pompe centrifuge411,412, c’est-à-dire dans une direction parallèle à l’axe de l’arbre, puis accéléré radialement, c’est-à-dire selon une direction perpendiculaire à l’axe de l’arbre, et enfin refoulé tangentiellement, c’est-à-dire selon une direction tangentielle à l’axe de l’arbre. La pompe centrifuge de gavage4000présente avantageusement la même structure que celle de chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412. En tout état de cause, il convient de noter que, contrairement à une pompe volumétrique qui est une source de débit, une pompe centrifuge411,412,4000est une source de pression. En effet, une pompe centrifuge411,412,4000est configurée pour que, en fonctionnement, elle puisse délivrer un débit de carburant qui est variable, puisqu’il dépend de la vitesse de rotation de sa partie rotor par rapport à sa partie stator, mais avec une augmentation de pression entre le port d’admission4110,4120et le port de refoulement4112,4122qui demeure constante, ou quasiment constante, et ce quel que soit le débit, comme notamment visible sur la .
Avantageusement, la partie rotor de la première pompe centrifuge411est solidaire en rotation de la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge412. Typiquement, l’arbre d’entrée de la première pompe centrifuge411est commun à l’arbre d’entrée de la deuxième pompe centrifuge412.
De manière également avantageuse, la partie stator de la première pompe centrifuge411est montée fixe sur la partie stator de la deuxième pompe centrifuge412. Typiquement, le carter de la première pompe centrifuge411est monté fixe sur le carter de la deuxième pompe centrifuge412.
L’entraînement en rotation de la partie rotor, par rapport à la partie stator, de chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412, peut être mise en œuvre de différentes manières.
Dans une variante, le moteur2d’aéronef100comprend un moteur électrique (non représenté), qui peut être synchrone ou asynchrone, et qui comprend un élément rotatif, typiquement un arbre de sortie, relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge411et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge412pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator. En outre, le moteur2d’aéronef100comprend une source d’alimentation électrique, typiquement une batterie ou un générateur entraîné par au moins l’un du corps haute pression222,262,282et du corps basse pression20,220,260,280, la source d’alimentation électrique étant reliée au moteur électrique pour lui transmettre une puissance électrique afin d’entraîner en rotation l’élément rotatif du moteur électrique. L’utilisation d’un moteur électrique permet à chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412, de délivrer le débit de carburant nécessaire, notamment aux géométries variables4200, et ce même à des régimes d’entraînement faibles des corps rotatifs20,22,26. En effet, un moteur électrique peut entraîner chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412à des vitesses de rotation élevées, même à des régimes d’entraînement faibles des corps rotatifs20,22,26, puisque la vitesse d’entraînement du moteur2électrique n’est pas liée à la vitesse de rotation des corps rotatifs20,22,26. Ce faisant, il n’est pas nécessaire de surdimensionner les pompes centrifuges411,412pour pouvoir répondre aux besoins en débit de carburant à des régimes d’entraînement faibles des corps rotatifs20,22,26, notamment de la part des géométries variables4200. Par ailleurs, l’utilisateur du moteur électrique permet également d’optimiser la puissance prélevée sur les corps rotatifs20,22,26, le cas échéant.
Dans une autre variante, un engrenage du boîtier d’accessoires est relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge411et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge412pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator. Dans cette autre variante, il peut être utile de prévoir un organe auxiliaire raccordé au circuit principal41pour fournir une pression de carburant suffisante, à la fois dans le circuit secondaire42et dans le conduit de refoulement414, à des régimes de fonctionnement faibles des corps rotatifs20,22,26.
La et la illustrent des caractéristiques des pompes centrifuges411,412pour deux régimes de fonctionnement distincts, l’un illustré par un trait plein, l’autre par un trait en pointillés.
La représente, pour chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412, l’évolution de la pression différentielle (i.e., la différence entre la pression de carburant au niveau du port de refoulement4112,4122et de la pression de carburant au niveau du port d’admission4110,4120) en fonction du débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge411,412. Comme visible sur la , cette évolution est différente suivant le régime de fonctionnement de la pompe centrifuge411,412, c’est-à-dire suivant la vitesse d’entraînement de la partie rotor de la pompe par rapport à sa partie stator.
La représente, pour chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412, l’évolution du rendement de la pompe centrifuge411,412en fonction du débit de carburant refoulé par la pompe centrifuge411,412, pour les mêmes régimes de fonctionnement que ceux illustrés en . Là encore, la illustre que cette évolution est différente suivant le régime de fonctionnement de la pompe centrifuge411,412.
Pour optimiser le rendement du système de régulation de carburant4, il convient de le faire fonctionner de sorte à déséquilibrer la première pompe centrifuge411par rapport à la deuxième pompe centrifuge412. Plus exactement, il convient de configurer chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412, puis de les faire fonctionner, de sorte à ce que, quel que soit leur régime, la première pompe centrifuge411délivre un débit inférieur au débit délivré par la deuxième pompe centrifuge412et introduise une augmentation de pression de carburant dans le circuit principal41qui est inférieure à l’augmentation de pression introduite par la deuxième pompe centrifuge412dans le circuit principal41. Dans cette configuration, le débit de fluide délivré par la première pompe centrifuge411est, en fait, uniquement dédié à l’alimentation de la chambre de combustion24,tandis que le débit de fluide délivré par la deuxième pompe centrifuge412est, quant à lui, dédié à la fois à l’alimentation de la chambre de combustion 24 et à l'actionnement des géométries variables4200.
Ceci est particulièrement visible sur la et sur la , dans lesquelles le triangle marque le point de fonctionnement de chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412lorsque l’aéronef100est en croisière, tandis que l’étoile marque le point de fonctionnement de chacune de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412lorsque l’aéronef100est au décollage. Chacun de ces points de fonctionnement correspondent à des régimes différents de la première pompe centrifuge411et de la deuxième pompe centrifuge412, le régime de fonctionnement associé au décollage étant illustré par la courbe en trait plein, tandis que le régime de fonctionnement associé à la croisière est illustré en traits pointillés.
De manière générale, les pompes centrifuges sont plus robustes et plus compactes que les pompes volumétriques.
En revanche, le rendement des pompes centrifuges dépend de leur point de fonctionnement et peut devenir très faible si elles fonctionnent loin du point de fonctionnement où le rendement est maximum, comme visible sur la .
Grâce au système de régulation de carburant, dans lequel les pompes centrifuges peuvent être déséquilibrées, c’est-à-dire fonctionner à des pressions et des débits différents, chacune des pompes centrifuges opérant proche de son rendement maximum, toute la plage de fonctionnement du moteur peut être couverte sans qu’il ne soit nécessaire de dimensionner l’une et/ou l’autres des pompes centrifuges au niveau de performance du moteur imposant les contraintes les plus importantes sur le système de régulation de carburant. En fait, quel que soit le régime du moteur considéré, les pompes centrifuges fonctionneront toujours à leur rendement maximal.
En outre, grâce aux pompes centrifuges, il n’est pas nécessaire de prévoir un démultiplicateur entre un moteur électrique et la pompe alimentant un système de régulation de carburant d’un moteur d’aéronef, ce qui permet de réduire la masse du moteur. De fait, contrairement aux pompes volumétriques, les pompes centrifuges peuvent être entraînées à des vitesses plus élevées, ce qui minimise la taille du moteur électrique.
Par ailleurs, grâce à la configuration et au mode de fonctionnement de chacune de la première pompe et de la deuxième pompe, mais aussi à l’agencement du circuit secondaire par rapport au circuit principal, c’est la deuxième pompe centrifuge qui délivre le surplus de débit de carburant utile aux géométries variables, tandis que le débit de carburant transféré vers les injecteurs de la chambre de combustion est, en fait, délivré par la première pompe centrifuge. En outre, c’est la deuxième pompe centrifuge qui fournit la pression nécessaire à l’actionnement des géométries variables, la pression requise par les injecteurs étant liées au cumul de la pression fournie par la première pompe centrifuge et de la pression fournie par la deuxième pompe centrifuge.
Les bénéfices de cette configuration et de ce mode de fonctionnement de chacune de la première pompe et de la deuxième pompe sont également visibles sur la . En effet, comme visible sur cette figure, pour chaque régime de fonctionnement décrit en référence à la , le point de fonctionnement de la première pompe et de la deuxième pompe, toujours illustrés, respectivement par le triangle pour la croisière, et par l’étoile pour le décollage, est proche du rendement maximum de la pompe centrifuge correspondante à ce régiment de fonctionnement, et sont identiques, ou quasiment identiques, pour les deux pompes centrifuges. Plus exactement, le rendement du système de régulation de carburant, pris dans son ensemble, demeure constant, ou quasiment constant, quel que soit le régime de fonctionnement de l’aéronef. En définitive, cette configuration permet d’atteindre un rendement optimal avec un système doté d’une double pompe centrifuge.
Enfin, même dans les modes de réalisation dans lesquelles une restriction est nécessaire, celle-ci dissipe moins d’énergie sous forme thermique que lorsqu’une pompe volumétrique est utilisée. Le déséquilibrage de la première pompe centrifuge par rapport à la deuxième pompe centrifuge est d’autant plus pertinent que la pression requise par les géométries variables n’est pas trop importante.
En effet, la pression fournie par la deuxième pompe centrifuge est calée à la valeur requise par les géométries variables, sans être surdimensionnée, et ce quel que soit le régime de fonctionnement.
Ainsi, une optimisation de la taille et de la masse des pompes centrifuges, du rendement global du système et, le cas échéant, de la taille et de la masse du moteur électrique, sont avantageusement obtenus.
Claims (10)
- Système de régulation de carburant (4) pour moteur (2) d’aéronef (100), le système (4) comprenant :
une source de carburant (40) ;
un conduit d’alimentation (400) relié à la source de carburant (40) ;
un circuit principal (41) comprenant :
une première pompe centrifuge (411) comprenant un port d’admission (4110) et un port de refoulement (4112), le port d’admission (4110) étant relié au conduit d’alimentation (400) ;
un conduit de liaison (413) relié au port de refoulement (4112) de la première pompe centrifuge (411) ;
une deuxième pompe centrifuge (412) comprenant un port d’admission (4120) et un port de refoulement (4122), le port d’admission (4120) de la deuxième pompe centrifuge (412) étant relié au conduit de liaison (413) ;
un conduit de refoulement (414) relié au port de refoulement (4122) de la deuxième pompe centrifuge (412), le conduit de refoulement (414) étant en outre configuré pour être relié à un injecteur d’une chambre de combustion (24) du moteur ; et
un circuit secondaire (412) comprenant au moins un organe (4200) configuré pour être actionné par une pression de carburant circulant au sein du circuit secondaire (412), le circuit secondaire (412) comprenant un conduit d’entrée (420) relié au conduit de refoulement (414) et un conduit de sortie (421) relié au conduit de liaison (413). - Système (4) selon la revendication 1, dans lequel la première pompe centrifuge (411) et la deuxième pompe centrifuge (412) sont configurées de sorte à ce que, en fonctionnement, la première pompe centrifuge (411) fournit une première pression et la deuxième pompe centrifuge (412) fournit une deuxième pression, la première pression étant inférieure à la deuxième pression.
- Système (4) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la première pompe centrifuge (411) et la deuxième pompe centrifuge (412) sont configurées de sorte à ce que, en fonctionnement, la première pompe centrifuge (411) délivre un premier débit de fluide uniquement dédié à l’alimentation de la chambre de combustion (24) et la deuxième pompe centrifuge (412) délivre un deuxième débit de fluide dédié à la fois à l’alimentation de la chambre de combustion (24) et à l’actionnement de l’au moins un organe (4200), le premier débit étant inférieur au deuxième débit.
- Système (4) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit principal (41) comprend en outre une restriction (417) agencée au niveau du conduit de refoulement (414) et configurée pour piloter le débit de carburant refoulé par la deuxième pompe centrifuge (412).
- Système (4) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’au moins un organe (4200) est un équipement à géométries variables.
- Système (4) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel chacune de la première pompe centrifuge (411) et de la deuxième pompe centrifuge (412) comprend une partie rotor et une partie stator, la partie rotor de la première pompe centrifuge (411) étant solidaire en rotation de la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge (412).
- Système (4) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel chacune de la première pompe centrifuge (411) et de la deuxième pompe centrifuge (412) comprend une partie rotor et une partie stator, la partie stator de la première pompe centrifuge (411) étant montée fixe sur la partie stator de la deuxième pompe centrifuge (412).
- Moteur (2) d’aéronef (100) comprenant :
un système (4) selon l’une des revendications 6 et 7 ;
un moteur (2) électrique comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge (411) et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge (412) pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ;
une source d’alimentation électrique reliée au moteur (2) électrique pour lui transmettre une puissance électrique afin d’entraîner en rotation l’élément rotatif ; et
une chambre de combustion (24) comprenant un injecteur relié au conduit de refoulement (414) pour recevoir du carburant de la deuxième pompe centrifuge (412). - Moteur (2) d’aéronef (100) comprenant :
un système (4) selon l’une des revendications 6 et 7 ;
un boîtier d’accessoires comprenant un élément rotatif relié à au moins l’une parmi la partie rotor de la première pompe centrifuge (411) et la partie rotor de la deuxième pompe centrifuge (412) pour l’entraîner en rotation par rapport à la partie stator ;
un corps rotatif relié au boîtier d’accessoires pour entraîner en rotation l’élément rotatif ; et
une chambre de combustion (24) comprenant un injecteur relié au conduit de refoulement (414) pour recevoir du carburant de la deuxième pompe centrifuge (412). - Aéronef (100) comprenant un moteur (2) d’aéronef (100) selon l’une des revendications 8 et 9.
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