WO2013160590A1 - Procédé et système de démarrage d'urgence d'architecture génératrice d'énergie - Google Patents

Procédé et système de démarrage d'urgence d'architecture génératrice d'énergie Download PDF

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shaft
motor
architecture
gases
emergency starting
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PCT/FR2013/050863
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Hugues Filiputti
Franck Garde
Romain Thiriet
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Safran Helicopter Engines SAS
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Turbomeca SA
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Publication date
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a method and an emergency starting system of an energy generating architecture in critical situations where the dedicated engine is stopped or insufficient to meet the needs.
  • - pneumatic starters comprising a torque converter device (epicyclic gear train or stepped gear box) and a pressurized gas tank; and
  • Hydraulic starters consist of a pressurized fluid generator coupled to a pressurized fluid reservoir.
  • Pneumatic and hydraulic starters have drawbacks related to their mass and their size. In addition, periodic checks of envelopes and replacement of pressure vessels are necessary.
  • the restart in flight of a turbine engine is provided by an electric starter powered by the onboard network or a backup battery.
  • this technology is expensive: presence of permanent magnets, transverse flux, planar architecture, etc.
  • it requires an electronic device for monitoring the load and a periodic change of battery.
  • the emergency situations that may arise in the applications envisaged above, require to have reaction time of the order of a few seconds, in particular two to three seconds, or even less than the second, to ensure an emergency start or restart with a sufficient margin of safety.
  • the invention aims to provide emergency starters allowing a reactivity of this order of magnitude, namely a few seconds, without having the disadvantages associated with the mass and size of the emergency hydraulic or emergency starters evoked above.
  • the present invention proposes to couple an instantaneous thrust of pyrotechnic type gas with a volumetric transmission generator in connection with an automatic coupling / decoupling on the architecture to start.
  • the subject of the present invention is an emergency starting method of an energy generating architecture in which, an emergency starting situation of the architecture being detected, at least one combustion generator pyrotechnic gas is triggered. Gases under pressure are then generated by this combustion and directly injected into a volumetric gear motor preferably straight. Part of these gases then drive the gears of the engine in rotation and, simultaneously, the portion of the remaining gases projects, against a restoring force, a coupling connection between the engine and the architecture.
  • the connector ensures the transmission of energy by rotational drive of a volumetric motor gear shaft on a tree receiving the architecture. When the thrust becomes lower than the restoring force, it automatically pushes back the connectors and the architecture is disconnected from the volumetric motor.
  • the remaining gases are injected into the volumetric motor peripherally around the longitudinal axis so that the coupling connection causes, by radial compression, the rotation drive of the tree of the architecture to be started;
  • the remaining gases are injected into the volumetric motor centrally along the longitudinal axis so that the coupling connections cause, by conical coupling, the rotation drive of a tree of the architecture to be started by compression axial and radial;
  • the return force is generated by means chosen between the elastic force, the electromagnetic force and the expansion of a compressed fluid.
  • the invention also relates to an emergency starting system of an energy generating architecture capable of implementing the above method.
  • This system comprises at least one pyrotechnic gas generator connected to an electric initiator which is itself connected to a computer, a volumetric motor comprising a housing defining an internal space housing spur gears, the pyrotechnic gas generator being coupled to the motor by an input crankcase.
  • the motor comprises a connection means, adapted to move at one end of a transmission shaft centered on a gear axis of the positive displacement motor, so as to be able to couple this transmission shaft to a shaft receiving the architecture via a clutch. centrifugal.
  • a return means arranged in abutment is able to exert a restoring force against the pressure exerted on the connection means.
  • each volumetric motor is sized to provide a power of about 40 kW for about 2.5 seconds for each injection of pyrotechnic gas, with a reaction time of about 0.5 seconds.
  • the system is dimensioned and qualified to allow a nominal use in the temperature range of -30 to + 50 ° C, which range can extend to the qualification limit temperatures of surrounding equipment, for example the order of 135 ° C for the extreme environments mentioned above.
  • the ambient operating pressure is between about 60 and 1 10 kPa. According to preferred embodiments:
  • annular space formed in an extension of the casing on the periphery of the drive shaft of the volumetric motor, communicates with said internal space to allow an injection of a part of the gases from the combustion of the pyrotechnic gas to the means of connection;
  • this connecting means being composed of an annular piston, able to move in translation under the thrust of the gas, along the engine transmission shaft, to exert a pressure on a ferrule able to deviate radially under this pressure and drive the centrifugal friction clutch;
  • the second connection element is composed of at least one portion of open annular ferrule whose radial spacing is made by sliding along a conical portion of the engine transmission shaft;
  • a conduit connected to the gas inlet of the housing communicates with a central bore of the transmission shaft to allow a flow of a portion of the gas from the pyrotechnic gas generator to the connecting means;
  • this connection means being composed of a conical piston adapted to move in translation, under the thrust of the gas, along the axis of the engine transmission shaft to fit in a conical bore, integral with the centrifugal clutch to train him by friction;
  • the electrical initiator is constituted by an electronic box comprising an autonomous source of electrical energy, and an electronic control board integrating a thermosensitive component and a microcontroller for managing the electrical source, the thermosensitive component, functional self-tests and alarms for triggering an ignition cartridge of the pyrotechnic gas generator;
  • the gears of the positive displacement motor are sprockets with straight teeth
  • the volumetric motor is two-stage, a first stage is coupled downstream to a second stage mounted in tandem, the first motor being a spur gear motor or a vane motor, the gas outlet of the first motor being connected to the first stage; a gas inlet of the second motor which may be substantially larger than the first motor, the central or transmission shaft of the first motor being mounted on the secondary shaft of the second motor; -
  • the architecture is a turbomachine having a HP high pressure body shaft
  • the receiving shaft is selected from an accessory box shaft mounted on the body HP, a bell secured to a pinion of the accessory box and used as a centrifugal clutch, and the HP body shaft;
  • the receiving shaft is the pole shaft released during a short circuit;
  • the receiving shaft is a mechanical control tool shaft (valve, rack, robot, pump, moderator grid); in the case of a thermodynamic engine architecture with a Stirling cycle or Ericsson or equivalent, comprising a heat exchanger assembly and a variable angular setting circuit, the receiving shaft is the control shaft of the exchanger assembly thermal and electronic box incorporates an additional function of angular wedging adapted during the isochoric phases of the heating and condensation cycle of the thermodynamic engine cycle.
  • FIG. 1 is a diagrammatic cross-sectional view of a first example of a volumetric motor of the emergency starting system according to the invention
  • FIGS. 2a and 2b diagrammatic views in longitudinal section of the volumetric motor according to FIG. 1, before and after the pyrotechnic gas projection;
  • FIGS. 3a to 3c perspective views, in cross-section along BB and in longitudinal section along CC of another example of a volumetric motor of the emergency starting system according to the invention
  • FIG. 7b a sectional view of a two-stage volumetric motor, comprising a roller motor coupled to a spur gear motor;
  • FIG. 8b the mounting of this volumetric motor on a bell integral with a pinion of the accessory box according to FIG. 8a; in FIG. 8c, the mounting of this volumetric motor directly on the HP body shaft of the turbomachine according to FIG. 8a.
  • cross section refers to a view in a plane perpendicular to the so-called longitudinal axis of the motors which extend mainly along such an axis.
  • longitudinal section designates a sectional view along said longitudinal axis.
  • qualifiers “upper” or “lower” refer to relative locations of wall or face of a device disposed in the standard position of use.
  • identical reference signs refer to identical elements as described in the corresponding passages.
  • a first example of a volumetric motor 1 of an emergency starting system comprises a casing 2 defining an internal space E1 housing two toothed gears. 3a and 3b right, able to rotate in opposite directions of rotation (arrows Ra and Rb) around transmission shafts 4a and 4b.
  • the housing 2 has two opposite side walls 2L and 2L 'substantially symmetrical with respect to the longitudinal plane II-II.
  • a gas inlet 21 and a gas outlet 22 respectively formed on the walls 2L and 2L ' have a same axis A2 which extends substantially perpendicular to the walls 2L and 2L', halfway between the gears 3a and 3b .
  • a connecting pipe 2C is fixed in the gas inlet 21 and in the heart of a pyrotechnic gas generator 5 to allow the combustion gases to be propelled into the engine 1.
  • This gas generator 5 contains a propellant block 51 in connection with an ignition cartridge 52.
  • the housing 2 of the motor 1 and the shaft 4b of the pinion 3b extend longitudinally along the transmission shaft 4b X'X gear axis for receiving a shaft 6 of an energy generating architecture to restart.
  • the receiving shaft 6 passes through the transmission shaft 4b and is secured, out of the shaft 4b on a centrifugal cylindrical clutch 7.
  • the centrifugal clutch 7 covers moving annular parts - a piston 8a, a ferrule 8b and a support 8c - for connection in rotation between the transmission shaft 4b and the clutch 7.
  • the transmission shaft 4b is mounted on bearings P1 and P2 in the cylindrical extensions 20a and 20b of the housing 2, and the shaft 4a of the pinion 3a is mounted in the housing 2 by a mechanism 40 with balls and elastic blades.
  • the transmission shaft 4b has at the end a conical portion 41 on which rests the ferrule 8b of complementary frustoconical shape.
  • annular space E2 formed in the extension 20a of the housing 2, at the periphery of the transmission shaft 4b, communicates at one end with the internal space E1 of the engine 1 and at the other end with a radial space E3 closed by the lateral face 8F of the piston 8a.
  • the clutch is rotated by friction and simultaneously rotates the receiving shaft 6 of the architecture to start.
  • the return spring 9 exerts a force sufficient to push the ferrule 8b in the opposite direction of the arrow F1 and the contact of this ferrule with the clutch 7 is broken: the receiving shaft 6 is instantly disengaged.
  • the displacement motor 100 is externally as the previous volumetric motor with a housing 120 having two side walls 20L and 20L 'and a centrifugal clutch 170 mounted on the cylindrical extension 120a of the housing around a transmission shaft (see Figure 3c).
  • a flange 130 is mounted on this cylindrical extension 120a via a ring 12B to allow the attachment of the motor to a casing of the architecture to be restarted.
  • a gas inlet 121 appears on the so-called upper wall 12S of the casing 120.
  • the housing 120 defines an inner space E1 1 housing - in shirts 124 - the two pinion teeth 3a and 3b of the previous example, adapted to rotate in opposite directions of rotation (arrows Ra and Rb) around transmission shafts 40a and 40b.
  • the incoming gases (arrows F8) are separated by a deflector 125 and the jackets have openings 126 to circulate the gases in the internal space E1 1.
  • the transmission shaft 40b has a central bore 4A which is capable of driving part of the combustion gases.
  • the two opposite side walls 20L and 20L 'of the housing 120 are substantially symmetrical.
  • the gas inlet 121 and the outlet of the gases 122 respectively formed on the so-called upper and lower walls, respectively 12S and 121, have the same axis of symmetry A2 which extends in a median plane Pm, parallel to the walls 20L and 20L.
  • the gases are evacuated (arrow F10) via the openings 126.
  • Figure 3c in longitudinal section along CC of Figure 3a), it appears that the means for connection in rotation between the transmission shaft 40b - mounted on the bearings P3 and P4 - and the clutch Centrifugal 170 is constituted by a conical piston 18 and a corresponding conical recess 18L, formed in an annular piece 19 secured to the centrifugal clutch 170.
  • a helical spring 90 is arranged in a bore 180 of the piston 18, along a rod 42 coming from a stop 43 secured to the end of the transmission shaft 40b.
  • the spring 90 extends between the abutment 43 and a shoulder 181 formed at the bottom of the bore 180 of the piston 18.
  • a pipe 140 having a longitudinal portion 14L and a radial portion 14R, connects the gas inlet 121 of the housing 120 to the central bore 4A of the transmission shaft 40b.
  • the return spring 90 exerts a force sufficient to push the piston 18 in the opposite direction of the arrow F6 and the contact of the piston with the piece 19 secured to the clutch 170 is broken: a tree receiving the architecture to start, in conjunction with the clutch 170 is then disengaged.
  • FIG. 4 The overview of an example of an emergency starting system 10 according to the invention is illustrated in FIG. 4.
  • This system comprises an electronic box 3, a pyrotechnic generator 5 and the volumetric motor 100. More precisely , the electronic box 3 is connected via an electrical conduit 1 1 to the ignition cartridge 52 of the pyrotechnic generator 5, itself connected to the input 121 of the motor 100 via a rigid metal conduit 12.
  • the control unit 3 is connected to the computer (not shown) of the architecture to start, a turbomachine in the example, via an electrical conduit 13. Connectors 14 fixed by screws 15 provide the connection of the ducts 1 1 to 13, the electronic box 3, the pyrotechnic generator 5 and the volumetric motor 100.
  • This engine 100 comprises a centrifugal clutch 170 in connection with the transmission shaft 40b to drive a tree of the architecture to start.
  • the electronic housing 3 houses a battery 31 as a source of autonomous electrical energy, and an electronic control card 32.
  • This card includes a thermosensitive component 33 and a microcontroller 34 management of the battery 31, the thermosensitive component 33 and functional self-tests and alarms triggering the ignition cartridge 52 of the pyrotechnic generator 5.
  • the conductors 1 1 and 13 are mounted on the housing 3 to using the connectors 14.
  • the tripping alarms include the alarms on potential fire detection, triggered by the thermosensitive component 33, and the alarms controlled by the computer based on data provided by speed sensors or temperature probes.
  • the electronic card 32 includes a temperature measuring component 35 managed by the microcontroller 34 to monitor the high temperature values and allow the computer to establish the service life without degradation of operating reliability.
  • FIG. 6 A sectional view of the pyrotechnic generator 5 is further illustrated in Figure 6.
  • This generator consists of a metal body 53 in which the propellant block 51 is arranged on shims 54. An inhibitor layer 55 surrounds laterally block 51.
  • a metal cap 56 is secured to the body 53 to provide a hermetic seal.
  • the cartridge ignition 52 is screwed into a channel 57 formed in the cover 56 and closed by a nozzle 57a capable of melting above a preset temperature.
  • the propellant combustion gases ignited by the cartridge 52 exit through a cap 58a of a tuned nozzle 58 in connection with the metal conduit 12 which leads to the volumetric motor 100 (see Figure 4).
  • FIGS. 7a and 7b show in section a two-stage volumetric motor, comprising respectively two spur gear motors 101 and 102 (FIG. 7a), for example of the motor type 100, a roller or vane motor 200 (seen in section) and the spur gear motor 102 (FIG. 7b).
  • the gases released by a pyrotechnic generator are propelled to the input 121 or 221 of the first stage (arrows F7), consisting respectively of the right gear motor 101 ( Figure 7a) or the roller motor or vane 200 ( Figure 1b), coupled downstream to a second stage mounted in tandem, consisting of the spur gear motor 102.
  • the gases are projected to the input 121 (arrows F8) and to the inside (arrows F9) of the second motor 102 through the shirts 124.
  • the second motor 102 is advantageously larger than the first motor 101 or 200 to prevent a blockage of the first motor.
  • the transmission shaft 400 or central 600 of the first motor, respectively 101 or 200, is mounted in the secondary shaft 300 of the second motor 102 (arrows Ft), the transmission shaft 500 of the second motor driving the drive. architecture to restart.
  • the gases exit through the outlet 122 of the second motor 102 (arrows F10).
  • the architecture to be started urgently is a turbine engine having an HP body shaft
  • mounting examples of volumetric motors 1 or 100 of the system according to the invention are illustrated in Figures 8a to 8c.
  • the receiving shaft introduced into the transmission shaft 4b of the positive displacement motor 1 is a shaft 61 of the accessory box 71 mounted on the body HP 80 of the turbomachine 81.
  • the accessory box 71 is equipped with an electric starter 91, which is a redundant emergency starting element.
  • the receiving shaft 62 of the turbomachine 81 is mounted on a bell integral with a pinion of the accessory box 71.
  • the bell is the centrifugal clutch 170 of the volumetric motor 100.
  • the receiving shaft introduced into the transmission shaft 4b of the volumetric motor 1 is directly the HP shaft 82 of the HP 80 body of the turbomachine 81.
  • roller rotors can be used in coupling with guide grooves in the axial flanges.
  • the receiving shaft is the control shaft of the heat exchanger assembly and the electronic unit incorporates an additional angular setting function adapted during the isochoric phases of the thermodynamic engine cycle of heating and condensation of the cycle.
  • the number of lobes or teeth of the gears can of course vary, for example from 2 to 8 lobes (as shown), or more.
  • the return means may be chosen between at least one helical spring, at least one metal blade, an electromagnet and a piston gas cartridge.
  • the trip alarms group the alarms on potential fire detection by the thermosensitive component, and the alarms controlled by the computer.
  • the electronic card can integrate a temperature measurement component managed by the microcontroller to monitor the high temperature values and allow the computer to establish the service life without degrading operating reliability;
  • the pyrotechnic gas generators can be arranged in battery housings mounted in a cylinder controlled by a cocking mechanism in connection with the inlet duct of the housing of the positive displacement motor.

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Description

PROCEDE ET SYSTEME DE DEMARRAGE D'URGENCE
D'ARCHITECTURE GENERATRICE D'ENERGIE
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] L'invention concerne un procédé et un système de démarrage d'urgence d'une architecture génératrice d'énergie dans des situations critiques où la motorisation dédiée est arrêtée ou insuffisante pour faire face aux besoins.
[0002] L'invention s'applique dans le cadre d'une assistance ou d'un ultime secours pour déclencher l'activation ou la réactivation de génération d'énergie dans différents domaines technologiques :
- en motorisation aéronautique pour les turbines à gaz d'avion ou d'hélicoptère ;
- en génie électrique pour les disjoncteurs ultra-limiteurs d'infrastructures de production et de transport d'énergie électrique, en particulier dans les sous-marins ;
- en forage ou en immersion maritime pour des vis de vanne maîtresse, des robots, etc. ; domaine dénommé « Oil & Gas » ;
- en milieux extrêmes (hôpital, centrales nucléaires, aéroports, centres serveurs) pour des générateurs, pompes, vannes de sécurité, etc. ;
- en génération thermodynamique d'une architecture de générateur de type Stirling ou Ericsson ;
- en génération hydraulique ou pneumatique pour manœuvrer des masses (vérins de train d'atterrissage, engins d'élévation, etc.).
[0003] En particulier dans le cas d'un hélicoptère bimoteur, des situations critiques peuvent surgir lorsque l'un des moteurs est volontairement éteint. Ce mode est en effet recommandé pour minimiser la consommation pendant les phases de recherche et de croisière d'une mission. Dans ce contexte, deux situations exceptionnelles peuvent survenir qui nécessitent alors un redémarrage d'urgence du moteur éteint : - le seul moteur actif s'arrête ou ralentit sensiblement pour une raison inconnue ;
- les conditions de vol subissent une dégradation imprévue qui nécessite un retour en mode bimoteur (hauteur de vol insuffisante par exemple). ETAT DE LA TECHNIQUE
[0004] Le redémarrage d'une turbine à gaz peut être réalisé, actuellement, selon trois types de démarreurs de nature physique différente :
- les démarreurs électriques alimentés par le réseau de bord ou par batterie ;
- les démarreurs pneumatiques comportant un dispositif convertisseur de couple (train épicycloïdal ou boîte à pignons étagée) et un réservoir de gaz sous pression ; et
- les démarreurs hydrauliques constitués d'un générateur de fluide sous pression couplé à un réservoir de fluide sous pression. [0005] Les démarreurs pneumatiques et hydrauliques présentent des inconvénients liés à leur masse et à leur encombrement. De plus, des contrôles périodiques des enveloppes et le remplacement des réservoirs sous pression sont nécessaires.
[0006]Aussi, pour l'application hélicoptère en situation d'urgence visée ci- dessus, le redémarrage en vol d'un turbomoteur est assuré par un démarreur électrique alimenté par le réseau de bord ou par une batterie de réserve. Cependant, cette technologie est coûteuse : présence d'aimants permanents, de flux transverse, d'une architecture planaire, etc. Par ailleurs, elle nécessite un dispositif électronique de surveillance de charge et un changement périodique de batterie.
[0007] De plus, et de manière essentielle, il apparaît que ces démarreurs électriques ne fournissent pas de couple instantané. Il s'ensuit que la séquence de réaction dure typiquement une trentaine de secondes pour redémarrer le moteur en veille, ce qui pourrait s'avérer trop long selon les conditions de vol, par exemple à faible altitude avec une défaillance au moins partiel du seul moteur actif. Si le moteur en veille ne redémarre pas à temps, l'atterrissage avec le moteur en difficulté peut s'avérer critique.
[0008] Plus généralement, les situations d'urgence qui peuvent surgir dans les applications envisagées ci-dessus, imposent de pouvoir disposer de temps de réaction de l'ordre de quelques secondes, en particulier de deux à trois secondes, voire inférieure à la seconde, afin d'assurer un démarrage ou un redémarrage d'urgence avec une marge de sécurité suffisante.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0009] L'invention vise à disposer de démarreurs d'urgence permettant une réactivité de cet ordre de grandeur, à savoir de quelques secondes, sans présenter les inconvénients liés à la masse et à l'encombrement des démarreurs hydrauliques ou pneumatiques de secours évoqués ci-dessus.
[0010] Pour ce faire, la présente invention propose de coupler une poussée instantanée de gaz de type pyrotechnique avec un générateur volumétrique de transmission en liaison avec un couplage/découplage automatique sur l'architecture à démarrer.
[0011] Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé de démarrage d'urgence d'une architecture génératrice d'énergie dans lequel, une situation de démarrage d'urgence de l'architecture étant détectée, au moins un générateur de combustion de gaz pyrotechnique est déclenché. Des gaz sous pression sont alors générés par cette combustion et directement injectés dans un moteur volumétrique à engrenages de préférence droits. Une partie de ces gaz entraînent alors en rotation les engrenages du moteur et, simultanément, la partie des gaz restants projette, contre une force de rappel, une connectique de couplage entre le moteur et l'architecture. La connectique assure la transmission d'énergie par entraînement en rotation d'un arbre d'engrenage du moteur volumétrique sur un arbre de réception de l'architecture. Lorsque la poussée devient inférieure à la force de rappel, celle-ci repousse automatiquement la connectique et l'architecture est déconnectée du moteur volumétrique. [0012] Selon des modes de mise en œuvre particuliers :
- la connectique de couplage entre l'arbre d'engrenage et l'arbre de réception de l'architecture à démarrer est réalisée par friction :
- les gaz restants sont injectés dans le moteur volumétrique de manière périphérique autour de l'axe longitudinal de sorte que la connectique de couplage provoque, par compression radiale, l'entraînement en rotation de l'arbre de l'architecture à démarrer ;
- les gaz restants sont injectés dans le moteur volumétrique de manière centrale le long de l'axe longitudinal de sorte que la connectique de couplage provoque, par couplage conique, l'entraînement en rotation d'un arbre de l'architecture à démarrer par compression axiale et radiale ;
- des générations de combustion de gaz pyrotechnique sont successivement déclenchés ;
- la force de rappel est générée par des moyens choisis entre la force élastique, la force électromagnétiques et la détente d'un fluide comprimé.
[0013] L'invention se rapporte également à un système de démarrage d'urgence d'une architecture génératrice d'énergie apte à mettre en œuvre le procédé ci-dessus. Ce système comporte au moins un générateur de gaz pyrotechnique relié à un initiateur électrique lui-même relié à un calculateur, un moteur volumétrique comprenant un carter définissant un espace interne logeant des engrenages droits, le générateur de gaz pyrotechnique étant couplé au moteur par une entrée du carter. Le moteur comporte un moyen de connexion, apte à se déplacer en une extrémité d'un arbre de transmission centré sur un axe d'engrenage du moteur volumétrique, pour pouvoir coupler cet arbre de transmission à un arbre récepteur de l'architecture via un embrayage centrifuge. Et un moyen de rappel agencé en butée est apte à exercer une force de rappel contre la pression exercée sur le moyen de connexion. [0014] Typiquement, chaque moteur volumétrique est dimensionné pour pouvoir fournir une puissance de l'ordre de 40 kW pendant environ 2,5 secondes pour chaque injection de gaz pyrotechnique, avec un temps de réaction de l'ordre de 0,5 seconde. De plus, le système est dimensionné et qualifié pour permettre une utilisation nominale dans la gamme de température comprise entre -30 et +50°C, gamme qui peut s'étendre jusqu'aux températures de limite de qualification des équipements environnants, par exemple de l'ordre de 135°C pour les milieux extrêmes évoqués plus haut. La pression ambiante d'utilisation est comprise entre environ 60 et 1 10 kPa. [0015] Selon des modes préférés de réalisation :
- un espace annulaire, formé dans un prolongement du carter en périphérie de l'arbre de transmission du moteur volumétrique, communique avec ledit espace interne pour permettre une injection d'une partie des gaz provenant de la combustion du gaz pyrotechnique jusqu'au moyen de connexion ; ce moyen de connexion étant composé d'un piston annulaire, apte à se déplacer en translation sous la poussée des gaz, le long de l'arbre de transmission du moteur, pour exercer une pression sur une ferrule apte à s'écarter radialement sous cette pression et entraîner l'embrayage centrifuge par friction ;
- le deuxième élément de connexion est composé d'au moins une portion de ferrule annulaire ouverte dont l'écartement radial est réalisé par glissement le long d'une portion conique de l'arbre de transmission du moteur ;
- un conduit relié à l'entrée de gaz du carter communique avec un alésage central de l'arbre de transmission pour permettre une circulation d'une partie des gaz provenant du générateur de gaz pyrotechnique jusqu'au moyen de connexion ; ce moyen de connexion étant composé d'un piston conique apte à se déplacer en translation, sous la poussée des gaz, selon l'axe de l'arbre de transmission du moteur pour se loger dans un alésage conique, solidaire de l'embrayage centrifuge, afin de l'entraîner par friction ; - l'initiateur électrique est constitué par un boîtier électronique comportant une source d'énergie électrique autonome, et une carte électronique de commande intégrant un composant thermosensible et un microcontrôleur de gestion de la source électrique, du composant thermosensible, d'autotests fonctionnels ainsi que des alarmes de déclenchement d'une cartouche d'allumage du générateur de gaz pyrotechnique ;
- les engrenages du moteur volumétrique sont des pignons à denture droite ;
- le moteur volumétrique est à deux étages, un premier étage est couplé en aval à un second étage monté en tandem, le premier moteur étant un moteur à pignons droits ou un moteur à palettes, la sortie de gaz du premier moteur étant reliée à l'entrée de gaz du second moteur qui peut être de dimension sensiblement supérieure au premier moteur, l'arbre central ou de transmission du premier moteur étant monté sur l'arbre secondaire du second moteur ; - dans le cas où l'architecture est une turbomachine présentant un arbre de corps Haute Pression dit HP, l'arbre de réception est choisi parmi un arbre de boîte d'accessoires montée sur le corps HP, une cloche solidaire d'un pignon de la boîte d'accessoires et utilisée comme embrayage centrifuge, et l'arbre du corps HP ; - dans le cas où l'architecture est un disjoncteur ultra limiteur, l'arbre de réception est l'arbre des pôles libéré lors d'un court-circuit ;
- dans le domaine « ON & Gas » ou en milieux extrêmes, l'arbre de réception est un arbre d'outillage de commande mécanique (vanne, crémaillère, robot, pompe, grille de modérateurs) ; - dans le cas d'une architecture de type moteur thermodynamique à cycle de Stirling ou Ericsson ou équivalent, comportant un ensemble échangeur thermique et un circuit de calage angulaire variable, l'arbre de réception est l'arbre de commande de l'ensemble échangeur thermique et le boîtier électronique intègre une fonction supplémentaire de calage angulaire adapté pendant les phases isochores du cycle d'échauffement et de condensation du cycle du moteur thermodynamique.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0016] D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, relative à des modes de réalisation particuliers, en référence aux dessins annexés qui représentent, respectivement :
- en figure 1 , une vue schématique en coupe transversale d'un premier exemple de moteur volumétrique du système de démarrage d'urgence selon l'invention ;
- en figures 2a et 2b, des vue schématiques en coupe longitudinale du moteur volumétrique selon la figure 1 , avant et après la projection de gaz pyrotechnique ;
- en figures 3a à 3c, des vues en perspective, en coupe transversale selon BB et en coupe longitudinale selon CC d'un autre exemple de moteur volumétrique du système de démarrage d'urgence selon l'invention ;
- en figure 4, une vue d'ensemble d'un exemple de système de démarrage d'urgence selon l'invention composé d'un boîtier électronique, d'un générateur pyrotechnique et d'un moteur volumétrique ;
- en figure 5, une vue en coupe du boîtier électronique selon la figure 4 ; - en figure 6, une vue en coupe du générateur pyrotechnique selon la figure 4 ;
- en figure 7a, une vue en coupe d'un moteur volumétrique à deux étages comportant deux moteurs à pignons droits ;
- en figure 7b, une vue en coupe d'un moteur volumétrique à deux étages, comportant un moteur à galets couplé à un moteur à pignons droits ;
- en figure 8a, un exemple de montage d'un moteur volumétrique d'un système de démarrage selon l'invention sur un arbre d'une boîte d'accessoires de turbomachine ;
- en figure 8b, le montage de ce moteur volumétrique sur une cloche solidaire d'un pignon de la boîte d'accessoire selon la figure 8a ; - en figure 8c, le montage de ce moteur volumétrique directement sur l'arbre de corps HP de la turbomachine selon la figure 8a.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0017] Dans la description, l'expression « coupe transversale » se rapporte à une vue dans un plan perpendiculaire à l'axe dit longitudinal des moteurs qui s'étendent principalement selon un tel axe. L'expression « coupe longitudinale » désigne une vue en coupe le long dudit l'axe longitudinal. Les qualificatifs « supérieur » ou « inférieur » réfèrent à des emplacements relatifs de paroi ou de face d'un appareil disposé en position standard d'utilisation. Par ailleurs, des signes de référence identiques renvoient à des éléments identiques tels que décrits dans les passages correspondants.
[0018] En référence à la vue en coupe transversale de la figure 1 , un premier exemple de moteur volumétrique 1 d'un système de démarrage d'urgence selon l'invention comporte un carter 2 définissant un espace interne E1 logeant deux pignons à denture droite 3a et 3b, aptes à tourner selon des sens de rotation opposés (flèches Ra et Rb) autour d'arbres de transmission 4a et 4b. Le carter 2 possède deux parois latérales opposées 2L et 2L' sensiblement symétriques par rapport au plan longitudinal ll-ll. Une entrée de gaz 21 et une sortie de gaz 22, respectivement formées sur les parois 2L et 2L', présentent un même axe A2 qui s'étend sensiblement perpendiculairement aux parois 2L et 2L', à mi-chemin entre les engrenages 3a et 3b.
[0019] Un conduit de liaison 2C est fixé dans l'entrée de gaz 21 et au cœur d'un générateur de gaz pyrotechnique 5 pour permettre la propulsion des gaz de combustion dans le moteur 1 . Ce générateur de gaz 5 contient un bloc de propergol 51 en liaison avec une cartouche d'allumage 52.
[0020]Comme il apparaît sur la vue de la figure 2a, en coupe longitudinale selon le plan ll-ll, le carter 2 du moteur 1 et l'arbre 4b du pignon 3b se prolongent longitudinalement le long de l'arbre de transmission 4b d'axe d'engrenage X'X pour recevoir un arbre 6 d'une architecture génératrice d'énergie à redémarrer. L'arbre de réception 6 traverse l'arbre de transmission 4b et vient se solidariser, hors de l'arbre 4b sur un embrayage cylindrique centrifuge 7.
[0021] L'embrayage centrifuge 7 coiffe des pièces annulaires mobiles - un piston 8a, une ferrule 8b et un support 8c - de connexion en rotation entre l'arbre de transmission 4b et l'embrayage 7. L'arbre de transmission 4b est monté sur des paliers P1 et P2 dans les extensions cylindriques 20a et 20b du carter 2, et l'arbre 4a du pignon 3a est monté dans le carter 2 par un mécanisme 40 à billes et lames élastiques.
[0022] L'arbre de transmission 4b présente en extrémité une portion conique 41 sur laquelle repose la ferrule 8b de forme tronconique complémentaire. Un ressort 9, agencé dans un espace coiffé par l'embrayage 7, entre la butée 8c et la ferrule 8b, prend appui en une extrémité sur la ferrule 8b et en l'autre extrémité sur un flasque 41 F, formé en extrémité de la portion conique 41 .
[0023] De plus, un espace annulaire E2, formé dans l'extension 20a du carter 2, en périphérie de l'arbre de transmission 4b, communique en une extrémité avec l'espace interne E1 du moteur 1 et en l'autre extrémité avec un espace radial E3 fermé par la face latérale 8F du piston 8a.
[0024] Comme illustré par la figure 2b, lorsque des gaz provenant de la combustion du propergol sont propulsés dans l'espace interne E1 (figure 1 ) du moteur 1 , une partie de ces gaz est injectée dans l'espace annulaire E2 jusqu'à l'espace radial E3. Sous la poussée des gaz contre sa face latérale 8F, le piston 8a est animé d'un mouvement en translation (flèches F1 ) selon l'axe X'X le long de l'arbre 4b, et exerce une pression correspondante sur la ferrule 8b. La ferrule 8b, constituée de deux demi-ferrules maintenues entre le piston 8a et le support 8c, s'écarte radialement (flèches F2), par glissement des demi-ferrules le long de la portion conique 41 , et viennent alors en contact serré avec l'embrayage centrifuge 7. L'embrayage est entraîné en rotation par friction et, simultanément, entraine en rotation l'arbre récepteur 6 de l'architecture à démarrer. [0025] Dès que la pression des gaz passe sous un seuil déterminé, le ressort de rappel 9 exerce une force suffisante pour repousser la ferrule 8b en sens inverse de la flèche F1 et le contact de cette ferrule avec l'embrayage 7 est rompu : l'arbre de réception 6 est instantanément débrayé. [0026] Un autre exemple de moteur volumétrique du système de démarrage d'urgence selon l'invention est illustré sur les vues en perspective et en coupes selon les figures 3a à 3c.
[0027] En référence à la figure 3a, le moteur volumétrique 100 se présente extérieurement comme le moteur volumétrique précédent avec un carter 120 comportant deux parois latérales 20L et 20L' et un embrayage centrifuge 170 monté sur l'extension cylindrique 120a du carter autour d'un arbre de transmission (voir figure 3c). Un flasque 130 est monté sur cette extension cylindrique 120a via une bague 12B pour permettre la fixation du moteur sur un carter de l'architecture à redémarrer. Une entrée de gaz 121 apparaît sur la paroi dite supérieure 12S du carter 120.
[0028] En coupe transversale selon la figure 3b (coupe BB sur la figure 3a), le carter 120 définit un espace interne E1 1 logeant - dans des chemises 124 - les deux pignons à denture droite 3a et 3b de l'exemple précédent, aptes à tourner selon des sens de rotation opposés (flèches Ra et Rb) autour d'arbres de transmission 40a et 40b. Les gaz entrants (flèches F8) sont séparés par un déflecteur 125 et les chemises présentent des ouvertures 126 pour faire circuler les gaz dans l'espace interne E1 1 . L'arbre de transmission 40b présente un alésage central 4A qui est apte à conduire une partie des gaz de combustion. Les deux parois latérales opposées 20L et 20L' du carter 120 sont sensiblement symétriques. L'entrée de gaz 121 et la sortie des gaz 122, respectivement formées sur les parois dites supérieure et inférieure, respectivement 12S et 121, présentent un même axe de symétrie A2 qui s'étend dans un plan médian Pm, parallèlement aux parois 20L et 20L'. Les gaz sont évacués (flèche F10) via les ouvertures 126. [0029] En référence à la figure 3c (en coupe longitudinale selon CC de la figure 3a), il apparaît que le moyen de connexion en rotation entre l'arbre de transmission 40b - monté sur les paliers P3 et P4 - et l'embrayage centrifuge 170 est constitué par un piston conique 18 et un logement conique correspondant 18L, formé dans une pièce annulaire 19 solidaire de l'embrayage centrifuge 170. Un ressort hélicoïdal 90 est agencé dans un alésage 180 du piston 18, le long d'une tige 42 venant d'une butée 43 solidaire de l'extrémité de l'arbre de transmission 40b. Le ressort 90 s'étend entre la butée 43 et un épaulement 181 formé au fond de l'alésage 180 du piston 18. Par ailleurs, un conduit 140, présentant une portion longitudinale 14L et une portion radiale 14R, relie l'entrée de gaz 121 du carter 120 à l'alésage central 4A de l'arbre de transmission 40b.
[0030] Lorsque des gaz de combustion sont libérés par combustion du gaz propergol, une partie majoritaire des gaz entraînent en rotation les pignons 3a et 3b du moteur 100 et les arbres 4a et 4b. L'arbre de transmission 4b entraine à son tour le piston 18. Une partie minoritaire des gaz est prélevée par le conduit 140 (flèches F3, F4 et F5) pour être dirigé vers l'alésage central 4A de l'arbre 40b. Les gaz sont alors propulsés contre la face radiale 18R du piston 18 (flèche F6) qui se déplace en translation selon l'axe X'X de l'arbre de transmission 40b. Le piston 18 vient en contact serré dans son logement conique 18L, et entraîne alors en rotation par friction la pièce annulaire 19 ainsi que l'embrayage centrifuge 170 solidaire de la pièce 19.
[0031]Comme dans l'exemple précédent, dès que la pression des gaz passe sous ledit seuil déterminé, le ressort de rappel 90 exerce une force suffisante pour repousser le piston 18 en sens inverse de la flèche F6 et le contact du piston avec la pièce 19 solidaire de l'embrayage 170 est rompu : un arbre de réception de l'architecture à démarrer, en liaison avec l'embrayage 170 est alors débrayé.
[0032] La vue d'ensemble d'un exemple de système de démarrage d'urgence 10 selon l'invention est illustrée en figure 4. Ce système comprend un boîtier électronique 3, un générateur pyrotechnique 5 et le moteur volumétrique 100. Plus précisément, le boîtier électronique 3 est relié via un conduit électrique 1 1 à la cartouche d'allumage 52 du générateur pyrotechnique 5, lui-même relié à l'entrée 121 du moteur 100 via un conduit métallique rigide 12. De plus, le boîtier électronique 3 est relié au calculateur (non représenté) de l'architecture à démarrer, une turbomachine dans l'exemple, via un conduit électrique 13. Des connecteurs 14 fixées par des vis 15 assurent la connexion des conduits 1 1 à 13, au boîtier électronique 3, au générateur pyrotechnique 5 et au moteur volumétrique 100. Ce moteur 100 comporte un embrayage centrifuge 170 en liaison avec l'arbre de transmission 40b pour entraîner un arbre de l'architecture à démarrer. [0033] Comme le montre plus précisément la vue en coupe de la figure 5, le boîtier électronique 3 loge une batterie 31 comme source d'énergie électrique autonome, et une carte électronique de commande 32. Cette carte intègre un composant thermosensible 33 et un microcontrôleur de gestion 34 de la batterie 31 , du composant thermosensible 33 et d'autotests fonctionnels ainsi que d'alarmes de déclenchement de la cartouche d'allumage 52 du générateur pyrotechnique 5. Les conducteurs 1 1 et 13 sont montés sur le boîtier 3 à l'aide des connecteurs 14.
[0034] Les alarmes de déclenchement regroupent les alarmes sur détection d'incendie potentiel, déclenchés par le composant thermosensible 33, et les alarmes commandées par le calculateur en fonction de données fournies par des capteurs de vitesse ou des sondes de température.
[0035]Avantageusement, la carte électronique 32 intègre un composant de mesure de température 35 géré par le microcontrôleur 34 pour suivre les valeurs de températures hautes et permettre au calculateur d'établir la durée de vie sans dégradation de sûreté de fonctionnement.
[0036] Une vue en coupe du générateur pyrotechnique 5 est par ailleurs illustrée en figure 6. Ce générateur se compose d'un corps métallique 53 dans lequel le bloc de propergol 51 est agencé sur des cales 54. Une couche d'inhibiteur 55 entoure latéralement le bloc 51 . Un capot métallique 56 est solidarisé au corps 53 pour assurer une fermeture hermétique. La cartouche d'allumage 52 est vissée dans un canal 57 formé dans le capot 56 et fermé par un embout 57a apte à fondre au-dessus d'une température préétablie. Les gaz de combustion du propergol mis à feu par la cartouche 52, sortent par un opercule 58a d'une tuyère accordée 58 en liaison avec le conduit métallique 12 qui mène au moteur volumétrique 100 (voir figure 4).
[0037] En variante des exemple de moteur volumétrique unique décrits ci- dessus, les moteurs 1 ou 100, les figures 7a et 7b montrent en coupe un moteur volumétrique à deux étages, comportant respectivement soit deux moteurs à pignons droits 101 et 102 (figure 7a), par exemple du type du moteur 100, soit un moteur à galets ou à palettes 200 (vu en coupe) et le moteur à pignons droits 102 (figure 7b).
[0038] Les gaz libérés par un générateur pyrotechnique sont propulsés à l'entrée 121 ou 221 du premier étage (flèches F7), constitué respectivement par le moteur à pignons droit 101 (figure 7a) ou par le moteur à galets ou à palettes 200 (figure 1 b), couplé en aval à un second étage monté en tandem, constitué par le moteur à pignons droits 102. En sorties 122 ou 222 du premier étage, les gaz sont projetés à l'entrée 121 (flèches F8) et à l'intérieur (flèches F9) du second moteur 102 à travers les chemises 124. Le second moteur 102 est avantageusement de dimension supérieure au premier moteur 101 ou 200 afin d'éviter un blocage du premier moteur. L'arbre de transmission 400 ou central 600 du premier moteur, respectivement 101 ou 200, est monté dans l'arbre secondaire 300 du second moteur 102 (flèches Ft), l'arbre de transmission 500 du second moteur assurant l'entraînement de l'architecture à redémarrer. Les gaz sortent par la sortie 122 du second moteur 102 (flèches F10). [0039] Dans le cas où l'architecture à démarrer d'urgence est une turbomachine présentant un arbre de corps HP, des exemples de montage de moteurs volumétriques 1 ou 100 du système selon l'invention sont illustrés aux figures 8a à 8c.
[0040] En référence à la vue en perspective de la figure 8a, l'arbre de réception introduit dans l'arbre de transmission 4b du moteur volumétrique 1 est un arbre 61 de la boîte d'accessoires 71 montée sur le corps HP 80 de la turbomachine 81 . La boîte d'accessoire 71 est équipée d'un démarreur électrique 91 , qui est un élément de démarrage de secours redondant.
[0041] En référence à la vue en perspective de la figure 8b, l'arbre de réception 62 de la turbomachine 81 est monté sur une cloche solidaire d'un pignon de la boîte d'accessoires 71 . La cloche est l'embrayage centrifuge 170 du moteur volumétrique 100.
[0042] En référence à la vue en perspective de la figure 8c, l'arbre de réception introduit dans l'arbre de transmission 4b du moteur volumétrique 1 est directement l'arbre HP 82 du corps HP 80 de la turbomachine 81 .
[0043] La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés.
[0044] Il est par exemple possible d'utiliser des pignons à taille hélicoïdale, en gérant l'étanchéité du carter, ou encore des pignons « accolés » dans les moteurs volumétriques.
[0045] Alternativement au couplage par friction, d'autres moyens d'accouplement existent : roue libre, glace électromagnétique (par courants de Foucault), couplage visqueux de fluides électro-rhéologiques ou magnéto- rhéologiques. [0046] Outre les moteurs à pignons et à palettes, les rotors à galets peuvent être utilisés en couplage avec des rainures de guidage dans les flasques axiaux.
[0047]Ainsi, dans le cas d'une architecture de type moteur thermodynamique à cycle de Stirling ou Ericsson ou équivalent, comportant un ensemble échangeur thermique et un circuit de calage angulaire variable, l'arbre de réception est l'arbre de commande de l'ensemble échangeur thermique et le boîtier électronique intègre une fonction supplémentaire de calage angulaire adapté pendant les phases isochores du cycle d'échauffement et de condensation du cycle du moteur thermodynamique. [0048] Par ailleurs, le nombre de lobes ou dents des pignons peut bien entendu varier, par exemple de 2 à 8 lobes (comme représenté), voire plus. Les moyens de rappel peuvent être choisis entre au moins un ressort hélicoïdal, au moins une lame métallique, un électro-aimant et une cartouche de gaz à piston. les alarmes de déclenchement regroupent les alarmes sur détection d'incendie potentiel par le composant thermosensible, et les alarmes commandées par le calculateur.
[0049] En outre, la carte électronique peut intégrer un composant de mesure de température géré par le microcontrôleur pour suivre les valeurs de températures hautes et permettre au calculateur d'établir la durée de vie sans dégradation de sûreté de fonctionnement ;
[0050]Avantageusement, les générateurs de gaz pyrotechniques peuvent être disposés en batterie dans des logements montés dans un barillet asservi par un mécanisme d'armement en liaison avec le conduit d'entrée du carter du moteur volumétrique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de démarrage d'urgence d'une architecture génératrice d'énergie (81 ), caractérisé en ce que, une situation de démarrage d'urgence de l'architecture étant détectée, au moins un générateur de combustion de gaz pyrotechnique (5) est déclenché, des gaz sous pression étant alors générés par cette combustion et directement injectés dans un moteur volumétrique à engrenages (1 , 100, 101 , 102), en ce qu'une partie de ces gaz entraînent en rotation (Ra, Rb) les engrenages (3a, 3b) du moteur et, simultanément, la partie des gaz restants projette, contre une force de rappel (9), une connectique de couplage (8a à 8c ; 18, 19, 7, 170) entre le moteur (1 , 100, 101 , 102) et l'architecture (81 ), la connectique (8a à 8c ; 18, 19, 7, 170) assurant la transmission d'énergie par entraînement en rotation d'un arbre d'engrenage (4b, 40b ; 500) du moteur volumétrique (1 , 100, 101 , 102) sur un arbre de réception (61 , 82) de l'architecture (81 ), et en ce que, lorsque la poussée (F1 , F6) devient inférieure à la force de rappel, celle-ci repousse automatiquement la connectique (8a à 8c ; 18, 19, 7, 170) et l'architecture (81 ) est déconnectée du moteur volumétrique (1 , 100, 101 , 102).
2. Procédé de démarrage d'urgence selon la revendication 1 , dans lequel la connectique de couplage (8a à 8c ; 18, 19, 7, 170) entre l'arbre d'engrenage (4b, 40b ; 500) et l'arbre de réception (61 , 62, 82) de l'architecture à démarrer (81 ) est réalisée par friction.
3. Procédé de démarrage d'urgence selon la revendication précédente, dans lequel les gaz restants sont injectés dans le moteur volumétrique de manière périphérique (E2) autour de l'axe longitudinal (X'X) de sorte que la connectique de couplage (8a à 8c) provoque, par compression radiale (F2), l'entraînement en rotation de l'arbre (61 , 82) de l'architecture à démarrer.
4. Procédé de démarrage d'urgence selon la revendication 2, dans lequel les gaz restants sont injectés dans le moteur volumétrique de manière centrale (4A) le long de l'axe longitudinal (X'X) de sorte que la connectique de couplage (18, 19, 7, 170) provoque, par couplage conique, l'entraînement en rotation de l'arbre (62) de l'architecture à démarrer.
5. Procédé de démarrage d'urgence selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des générations de combustion de gaz pyrotechnique sont successivement déclenchés.
6. Procédé de démarrage d'urgence selon la revendication 2, dans lequel la force de rappel est générée par des moyens choisis entre la force élastique, la force électromagnétiques et la détente d'un fluide comprimé.
7. Système de démarrage d'urgence (10) d'une architecture génératrice d'énergie (81 ) apte à mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur de gaz pyrotechnique (5) relié à un initiateur électrique (3) lui-même relié à un calculateur, un moteur volumétrique (1 , 100, 101 ) comprenant un carter (2, 120) définissant un espace interne (E1 , E1 1 ) logeant des engrenages de préférence droits (3a, 3b), le générateur de gaz pyrotechnique (5) étant couplé au moteur (1 , 100, 101 ) par une entrée (21 , 121 ) du carter (2, 120), en ce que le moteur (1 , 100, 101 ) comporte un moyen de connexion (8a à 8c ; 18, 19), apte à se déplacer en une extrémité d'un arbre de transmission (4b, 40b, 500) centré sur un axe d'engrenage (X'X) du moteur volumétrique (1 , 100, 101 ), pour pouvoir coupler cet arbre de transmission à un arbre récepteur (61 , 62, 82) de l'architecture (81 ) via un embrayage centrifuge (7, 170), et en ce qu'un moyen de rappel (9, 90) agencé en butée (41 F), est apte à exercer une force de rappel contre la pression (F1 , F6) exercée sur le moyen de connexion (8a à 8c ; 18, 19).
8. Système de démarrage d'urgence selon la revendication précédente, dans lequel un espace annulaire (E2), formé dans un prolongement (20a) du carter (2) en périphérie de l'arbre de transmission (4b) du moteur volumétrique (1 ), communique avec ledit espace interne (E1 ) pour permettre une injection d'une partie des gaz provenant de la combustion du gaz pyrotechnique jusqu'au moyen de connexion ((8a à 8c), ce moyen de connexion étant composé d'un piston annulaire (8a), ape à se déplacer en translation (X'X) sous la poussée (F1 ) des gaz, le long de l'arbre de transmission (4b) du moteur (1 ), pour exercer une pression sur une ferrule (8b) apte à s'écarter radialement (F2) sous cette pression et entraîner l'embrayage centrifuge (7) par friction.
9. Système de démarrage d'urgence selon la revendication précédente, dans lequel la ferrule (8b) est composée d'au moins une portion annulaire ouverte dont l'écartement radial est réalisé par glissement le long d'une portion conique (41 ) de l'arbre de transmission (4b) du moteur (1 ).
10. Système de démarrage d'urgence selon la revendication 8 ou
9, dans lequel un conduit (140 ; 14L, 14R) relié à l'entrée de gaz (121 ) du carter (120) communique avec un alésage central (4A) de l'arbre de transmission (40b) pour permettre une circulation d'une partie des gaz provenant du générateur de gaz pyrotechnique (5) jusqu'au moyen de connexion (18, 19), ce moyen de connexion étant composé d'un piston conique (18) apte à se déplacer en translation, sous la poussée (F6) des gaz, selon l'axe (X'X) de l'arbre de transmission (40b) du moteur (100) pour se loger dans un alésage conique (18L), solidaire de l'embrayage centrifuge (170), afin de l'entraîner par friction.
1 1 . Système de démarrage d'urgence selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel l'initiateur électrique est constitué par un boîtier électronique (3) comportant une source d'énergie électrique autonome (31 ), et une carte électronique de commande (32) intégrant un composant thermosensible (33) et un microcontrôleur de gestion (34) de la source électrique (31 ), du composant thermosensible (33), d'autotests fonctionnels ainsi que des alarmes de déclenchement d'une cartouche d'allumage (52) du générateur de gaz pyrotechnique (5).
12. Système de démarrage d'urgence selon l'une des revendications 8 à 1 1 , dans lequel les engrenages du moteur volumétrique (1 , 100, 101 , 102) sont des pignons à denture droite (3a, 3b).
13. Système de démarrage d'urgence selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel dans le cas où l'architecture est une turbomachine (81 ) présentant un arbre (82) de corps HP (80), l'arbre de réception est choisi parmi un arbre (61 , 62) de boîte d'accessoires (71 ) montée sur le corps HP (80), une cloche (7, 170) solidaire d'un pignon de la boîte d'accessoires (71 ) et utilisée comme embrayage centrifuge (7, 170), et l'arbre (82) du corps HP (80).
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CA2869361A CA2869361C (fr) 2012-04-27 2013-04-18 Procede et systeme de demarrage d'urgence d'architecture generatrice d'energie
CN201380021227.8A CN104246181B (zh) 2012-04-27 2013-04-18 用于紧急起动能量发生器机组的方法和系统
RU2014142446A RU2621190C2 (ru) 2012-04-27 2013-04-18 Способ и система экстренного запуска установки генерирования энергии
JP2015507577A JP6208216B2 (ja) 2012-04-27 2013-04-18 エネルギー発電設備の緊急起動の方法およびシステム
US14/396,235 US10072580B2 (en) 2012-04-27 2013-04-18 Method and system for the emergency start-up of an energy generator set
IN8865DEN2014 IN2014DN08865A (fr) 2012-04-27 2013-04-18
ES13722505T ES2572093T3 (es) 2012-04-27 2013-04-18 Procedimiento y sistema de arranque de emergencia para estructura generatriz de energía
KR1020147028294A KR102049130B1 (ko) 2012-04-27 2013-04-18 에너지 발생기 세트를 긴급 시동하기 위한 방법 및 시스템

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015118274A1 (fr) * 2014-02-10 2015-08-13 Turbomeca Système de démarrage d'urgence d'une turbomachine
WO2015150680A1 (fr) * 2014-04-03 2015-10-08 Turbomeca Chaîne motrice pour hélicoptère incorporant un module moteur pyrotechnique d'assistance et hélicoptère la comportant
JP2017534014A (ja) * 2014-10-20 2017-11-16 サフラン・ヘリコプター・エンジンズ ターボシャフトエンジンのための取外し可能な再始動パック、そのようなパックが備えられた複数エンジンのヘリコプタの推進システムの構造、および、対応するヘリコプタ
WO2019234368A1 (fr) 2018-06-07 2019-12-12 Safran Helicopter Engines Systeme propulsif asymetrique a recuperation de chaleur

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3019588B1 (fr) 2014-04-08 2019-06-14 Safran Helicopter Engines Dispositif d'assistance d'un systeme propulsif a propergol solide d'un helicoptere monomoteur, helicoptere monomoteur comprenant un tel dispositif et procede correspondant
US10054008B2 (en) * 2015-02-09 2018-08-21 United Technologies Corporation Turbomachine accessory gearbox bracket
FR3033882B1 (fr) * 2015-03-16 2017-04-07 Herakles Generateur de gaz
US10539079B2 (en) 2016-02-12 2020-01-21 United Technologies Corporation Bowed rotor start mitigation in a gas turbine engine using aircraft-derived parameters
US10443505B2 (en) 2016-02-12 2019-10-15 United Technologies Corporation Bowed rotor start mitigation in a gas turbine engine
US10443507B2 (en) 2016-02-12 2019-10-15 United Technologies Corporation Gas turbine engine bowed rotor avoidance system
US9664070B1 (en) 2016-02-12 2017-05-30 United Technologies Corporation Bowed rotor prevention system
US10125636B2 (en) 2016-02-12 2018-11-13 United Technologies Corporation Bowed rotor prevention system using waste heat
US10040577B2 (en) 2016-02-12 2018-08-07 United Technologies Corporation Modified start sequence of a gas turbine engine
US10436064B2 (en) 2016-02-12 2019-10-08 United Technologies Corporation Bowed rotor start response damping system
US10125691B2 (en) 2016-02-12 2018-11-13 United Technologies Corporation Bowed rotor start using a variable position starter valve
US10508601B2 (en) 2016-02-12 2019-12-17 United Technologies Corporation Auxiliary drive bowed rotor prevention system for a gas turbine engine
US10508567B2 (en) 2016-02-12 2019-12-17 United Technologies Corporation Auxiliary drive bowed rotor prevention system for a gas turbine engine through an engine accessory
US10174678B2 (en) 2016-02-12 2019-01-08 United Technologies Corporation Bowed rotor start using direct temperature measurement
EP3211184B1 (fr) 2016-02-29 2021-05-05 Raytheon Technologies Corporation Système et procédé de prévention de courbure de rotor
CN107404147A (zh) * 2016-05-20 2017-11-28 北京汽车股份有限公司 汽车及其应急启动发电装置
US10787933B2 (en) 2016-06-20 2020-09-29 Raytheon Technologies Corporation Low-power bowed rotor prevention and monitoring system
US10358936B2 (en) 2016-07-05 2019-07-23 United Technologies Corporation Bowed rotor sensor system
US10384791B2 (en) 2016-07-21 2019-08-20 United Technologies Corporation Cross engine coordination during gas turbine engine motoring
US10618666B2 (en) 2016-07-21 2020-04-14 United Technologies Corporation Pre-start motoring synchronization for multiple engines
US10221774B2 (en) 2016-07-21 2019-03-05 United Technologies Corporation Speed control during motoring of a gas turbine engine
EP3273006B1 (fr) 2016-07-21 2019-07-03 United Technologies Corporation Démarrage en alternance d'un groupe bi-moteur
EP3273016B1 (fr) 2016-07-21 2020-04-01 United Technologies Corporation Coordination multimoteur pendant la motorisation de moteur à turbine à gaz
US10787968B2 (en) 2016-09-30 2020-09-29 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine motoring with starter air valve manual override
US10443543B2 (en) 2016-11-04 2019-10-15 United Technologies Corporation High compressor build clearance reduction
US10823079B2 (en) 2016-11-29 2020-11-03 Raytheon Technologies Corporation Metered orifice for motoring of a gas turbine engine
CN110291282B (zh) * 2016-12-15 2021-12-31 通用电气航空系统有限责任公司 具有分离器的空气涡轮启动器
US10823080B2 (en) 2017-05-31 2020-11-03 General Electric Company Dual accessory gearbox
US11512645B2 (en) * 2020-03-06 2022-11-29 Goodrich Corporation Solid-propellant gas generator assemblies and methods

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1104252A (fr) * 1954-05-06 1955-11-17 Snecma Démarreur amovible destiné notamment aux moteurs d'aviation
FR1126010A (fr) * 1955-05-09 1956-11-13 Air Equipement Perfectionnements aux démarreurs à turbine
US2942415A (en) * 1954-11-29 1960-06-28 Bayard Gaston System for feeding gases into a starting turbine
FR1303228A (fr) * 1961-08-29 1962-09-07 Sundstrand A G Démarreur pour moteurs
FR1334270A (fr) * 1962-09-25 1963-08-02 Cessna Aircraft Co Moteur actionné par un fluide sous pression

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3633360A (en) * 1970-01-20 1972-01-11 Talley Industries Boost starter system
FR2475127A1 (fr) * 1980-02-06 1981-08-07 Snecma Generateur de gaz a variation de volume
US6931856B2 (en) * 2003-09-12 2005-08-23 Mes International, Inc. Multi-spool turbogenerator system and control method
RU2275957C1 (ru) * 2004-09-13 2006-05-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии Устройство для генерирования газа
FR2897895A1 (fr) * 2006-02-27 2007-08-31 Hispano Suiza Sa Integration d'un demarreur/generateur dans une boite de transmission d'une turbine a gaz
FR2914697B1 (fr) * 2007-04-06 2012-11-30 Turbomeca Dispositif d'assistance aux phases transitoires d'acceleration et de deceleration
US8148834B2 (en) * 2009-05-19 2012-04-03 General Electric Company Aircraft engine starting/generating system and method of control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1104252A (fr) * 1954-05-06 1955-11-17 Snecma Démarreur amovible destiné notamment aux moteurs d'aviation
US2942415A (en) * 1954-11-29 1960-06-28 Bayard Gaston System for feeding gases into a starting turbine
FR1126010A (fr) * 1955-05-09 1956-11-13 Air Equipement Perfectionnements aux démarreurs à turbine
FR1303228A (fr) * 1961-08-29 1962-09-07 Sundstrand A G Démarreur pour moteurs
FR1334270A (fr) * 1962-09-25 1963-08-02 Cessna Aircraft Co Moteur actionné par un fluide sous pression

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015118274A1 (fr) * 2014-02-10 2015-08-13 Turbomeca Système de démarrage d'urgence d'une turbomachine
FR3017417A1 (fr) * 2014-02-10 2015-08-14 Turbomeca Dispositif pyrotechnique pour l'entrainement d'une machine tournante
WO2015150680A1 (fr) * 2014-04-03 2015-10-08 Turbomeca Chaîne motrice pour hélicoptère incorporant un module moteur pyrotechnique d'assistance et hélicoptère la comportant
FR3019524A1 (fr) * 2014-04-03 2015-10-09 Turbomeca Chaine motrice pour helicoptere incorporant un module moteur pyrotechnique d'assistance et helicoptere la comportant
JP2017534014A (ja) * 2014-10-20 2017-11-16 サフラン・ヘリコプター・エンジンズ ターボシャフトエンジンのための取外し可能な再始動パック、そのようなパックが備えられた複数エンジンのヘリコプタの推進システムの構造、および、対応するヘリコプタ
WO2019234368A1 (fr) 2018-06-07 2019-12-12 Safran Helicopter Engines Systeme propulsif asymetrique a recuperation de chaleur
US11391203B2 (en) 2018-06-07 2022-07-19 Safran Helicopter Engines Asymmetric propulsion system with heat recovery

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US10072580B2 (en) 2018-09-11

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