UN AERONEF

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un procédé et un système de circulation de carburant dans un aéronef, tel qu'un avion par exemple.

ART ANTÉRIEUR

Dans le domaine de l'aéronautique, il est bien connu de faire circuler du carburant dans un aéronef, soit depuis un équipement extérieur pour un ravitaillement, soit depuis un équipement intérieur pour distribuer le carburant entre les différents réservoirs (transfert), et/ou pour fournir aux moteurs, tels que les réacteurs de l'avion ou au moins un groupe auxiliaire de puissance dit APU selon l'acronyme anglo-saxon « Auxiliary Power Unit », le carburant nécessaire à leur fonctionnement (alimentation).

Le ravitaillement en carburant d'un aéronef est une opération réalisée pour mettre en place la quantité de carburant nécessaire pour un prochain vol à partir d'une ligne sous pression provenant d'un camion (+/- 100 m ³ /h à 2,5 bars). Cette opération est également appelée « Pressure refuel ».

Le transfert de carburant est une opération nécessaire dans les aéronefs s'ils comportent plus d'un réservoir. La quantité de réservoirs varie selon les avionneurs et la configuration du modèle en question, et une séquence de vidage est imposée. Le transfert de carburant peut notamment intervenir lors du remplissage du collecteur, également appelé « Scavenge », qui est alimenté en continu et avec un débit supérieur à la consommation des moteurs. L'objectif est de maintenir ce collecteur plein à 100% et avec un débordement dans un autre réservoir afin de garantir une bonne alimentation des moteurs, quelques soient les conditions de vol de l'aéronef en roulis et/ou tangage. Le transfert de carburant peut également intervenir soit lors du transfert de carburant entre deux réservoirs situés de chaque côté de l'avion pour rétablir le centre de gravité en cas de surconsommation de l'un des moteurs, et/ou d'arrêt de l'un des moteurs, et/ou de remplissage non homogène des réservoirs de l'avion, qui entraînerait un déséquilibre de l'avion d'un côté ou de l'autre, soit lors du transfert éventuel de carburant depuis un réservoir arrière, également appelé « AFT Tank », et/ou depuis un réservoir avant, également appelé « FWD Tank », et/ou depuis un réservoir central, également appelé « CTR Tank », pour optimiser la position du centre de gravité de l'avion qui influe sur les caractéristiques aérodynamiques du vol et donc sur la consommation en carburant induite.

L'alimentation en carburant des moteurs est réalisée par une pompe d'alimentation qui aspire le carburant du collecteur pour l'envoyer au moteur. Il y a généralement une pompe d'alimentation par moteur, et une pompe de secours par côté, qui sont situées dans le fond du et/ou des réservoir(s). Elles peuvent être installées dans une cloche de démontage pour permettre leur maintenance sans avoir à vider les réservoirs.

Ainsi, la circulation de carburant dans un aéronef se fait par l'intermédiaire de pompes du type roto-dynamique, telles que des turbopompes et/ou des pompes volumétriques par exemple, alimentées par une énergie électrique ou hydraulique, ou dans des pompes à effet Venturi (éjecteurs) alimentées par une pression motrice.

Les pompes roto-dynamiques les plus utilisées dans les systèmes d'alimentation d'un aéronef sont les turbopompes, aussi appelées pompes centrifuges, qui comprennent un corps de pompe constitué principalement d'une tubulure d'aspiration, d'une volute, et d'une tubulure de refoulement. La volute reçoit la partie mobile ou rotor qui est formée de l'impulseur, ledit impulseur se présentant sous la forme d'une roue à aubes, montée sur un arbre. Le rotor est actionné par une machine d'entraînement qui peut être un moteur électrique ou hydraulique ou thermique ou une turbine.

Ce type de pompes présente de nombreux inconvénients. En effet, d'une manière générale, ce type de pompes présente un mauvais rendement énergétique, de l'ordre de 30 à 70%, un encombrement et un poids important, une usure importante des pièces en rotation induisant une maintenance fréquente et une sensibilité au phénomène de cavitation. La cavitation est un phénomène bruyant, qui peut détruire une machine en quelques minutes. Lors du pompage, le liquide situé à l'intérieur d'une pompe centrifuge ne possède pas une pression uniforme. Il s'y trouve notamment des zones présentant des dépressions plus ou moins accentuées. Lorsque le liquide pompé est suffisamment proche de son point d'ébullition, c'est-à-dire du point de passage de l'état liquide à l'état gazeux, il peut se produire que la pression en ces points tombe en deçà de sa tension de vapeur, de sorte qu'il se forme dans la pompe des bulles de vapeur. Lorsque ces bulles parviennent dans des zones où la pression remonte, elles implosent soudainement. L'implosion est accompagnée de bruit et, dans le cas où elle se produit au voisinage d'une paroi, elle est susceptible d'y occasionner des dégâts mécaniques en provoquant des micro-perforations du métal (érosion). Les autres pompes utilisées dans les systèmes d'alimentation d'un aéronef sont les pompes à effet Venturi ; toutefois, ces pompes à effet venturi nécessitent l'utilisation d'un autre type de pompe pour générer la pression motrice, ce qui grève le poids de l'ensemble. De plus ces pompes présentent un rendement énergétique très faible, de l'ordre de 10 à 25%, et sont sensibles au phénomène de cavitation.

Dans l'application considérée, les phénomènes de cavitation sont très pénalisant pour les équipements dit « sensibles » à ce phénomène, car ils génèrent une dégradation mécanique des équipements, une dégradation du rendement, du bruit et dans certains cas une introduction de bulles de gaz qui peut-être problématique pour les réacteurs d'un avion. En aéronautique, les conditions qui amènent à la cavitation sont le type de carburant avec une densité propre à chaque carburant, une pression atmosphérique basse, c'est-à-dire lorsque l'avion est en haute altitude, une température élevée du fluide qui facilite le passage de l'état liquide à l'état gazeux et une vitesse élevée du fluide. II existe donc un vrai besoin d'un système d'alimentation en carburant d'un aéronef ayant un bon rendement énergétique, un faible encombrement et un faible poids, nécessitant une maintenance réduite et n'étant pas sensible au phénomène de cavitation susceptible d'apparaître en fonction des conditions de vol notamment.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé et un système de circulation de carburant dans un aéronef ayant un bon rendement, nécessitant une maintenance réduite, et n'étant pas sensible au phénomène de cavitation.

A cet effet, et conformément à l'invention, il est proposé un procédé remarquable en ce qu'il consiste à utiliser au moins une pompe à membrane ondulante apte à onduler, sous l'action de moyens d'actionnement, entre deux flasques pour faire circuler ledit carburant entre une conduite d'admission de la pompe jusqu'à une conduite d'échappement de la pompe. Par rapport aux procédés de circulation de carburant de l'art antérieur, on obtient une maintenance réduite due à l'absence de pièces tournantes dans la pompe à membrane et une grande tolérance aux phénomènes de cavitation et de pollution. De plus, la mise en œuvre du procédé de circulation de carburant est facilité puisque la pompe à membrane permet un auto-amorçage de la pompe.

Le procédé selon l'invention peut être décliné selon plusieurs modes de réalisation particuliers. En effet, un premier mode de réalisation consiste à utiliser l'au moins une pompe à membrane avec sa conduite d'admission connectée à une source d'alimentation externe en carburant, et avec sa conduite d'échappement connectée à un réservoir de l'aéronef pour son remplissage en carburant.

Un second mode de réalisation consiste à utiliser l'au moins une pompe à membrane avec sa conduite d'admission connectée à un réservoir, et avec sa conduite d'échappement connectée à un autre réservoir de l'aéronef pour le transfert de carburant entre lesdits réservoirs.

Un troisième mode de réalisation consiste à utiliser l'au moins une pompe à membrane avec sa conduite d'admission connectée à un réservoir, et avec sa conduite d'échappement connectée à un moteur de l'aéronef pour son alimentation en carburant.

Un quatrième mode de réalisation consiste à utiliser l'au moins une pompe à membrane avec sa conduite d'admission connectée à un réservoir, et avec sa conduite d'échappement connectée à un groupe auxiliaire de puissance de l'aéronef pour son alimentation en carburant.

Enfin, un cinquième mode de réalisation consiste à utiliser l'au moins une pompe à membrane avec sa conduite d'admission connectée à un réservoir, et avec sa conduite d'échappement connectée à une source de réception externe en carburant pour la vidange du réservoir.

Il a aussi été mis au point un système de circulation de carburant dans un aéronef remarquable en ce qu'il comprend au moins une pompe à membrane ondulante apte à onduler, sous l'action de moyens d'actionnement, entre deux flasques pour faire circuler ledit carburant entre une conduite d'admission de la pompe jusqu'à une conduite d'échappement de la pompe. Par rapport aux systèmes de circulation de carburant de l'art antérieur, on obtient une maintenance réduite due à l'absence de pièces tournantes dans la pompe à membrane et une grande tolérance aux phénomènes de cavitation et de pollution. De plus, la mise en œuvre du système de circulation de carburant est facilité puisque la pompe à membrane permet un auto-amorçage de la pompe.

Selon une première forme de réalisation, la conduite d'admission de la pompe à membrane est connectée à une source d'alimentation externe en carburant, et la conduite d'échappement est connectée à un réservoir de l'aéronef pour son remplissage en carburant.

Selon une deuxième forme de réalisation, la conduite d'admission de la pompe à membrane est connectée à un réservoir, et la conduite d'échappement est connectée à un autre réservoir de l'aéronef pour le transfert de carburant entre lesdits réservoirs. Selon une troisième forme de réalisation, la conduite d'admission de la pompe à membrane est connectée à un réservoir, et la conduite d'échappement est connectée à un moteur de l'aéronef pour son alimentation en carburant. Selon une quatrième forme de réalisation, la conduite d'admission de la pompe à membrane est connectée à un réservoir, et la conduite d'échappement est connectée à un groupe auxiliaire de puissance de l'aéronef pour son alimentation en carburant. Enfin, selon une cinquième forme de réalisation, la conduite d'admission de la pompe à membrane est connectée à un réservoir, et dont la conduite d'échappement est connectée à une source de réception externe en carburant pour la vidange du réservoir.

DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, de la pompe et du système d'alimentation en carburant d'un aéronef suivant l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique du procédé et du système de circulation de carburant selon l'invention pour le remplissage des réservoirs d'un aéronef,

- la figure 2 est une représentation schématique du procédé et du système de circulation de carburant selon l'invention pour le transfert de carburant d'un premier réservoir vers un second réservoir d'un aéronef,

- la figure 3 est une représentation schématique du procédé et du système circulation de carburant selon l'invention pour l'alimentation en carburant des réacteurs d'un aéronef,

- la figure 4 est une représentation schématique du procédé et du système de circulation de carburant selon l'invention pour l'alimentation d'un groupe auxiliaire de puissance (APU) d'un aéronef,

- la figure 5 est une représentation schématique du procédé et du système de circulation de carburant selon l'invention pour la vidange des réservoirs d'un aéronef,

- la figure 6 est une vue de côté d'une première variante d'exécution de la pompe mise en œuvre dans le procédé selon l'invention,

- la figure 7 est une vue de côté d'une seconde variante d'exécution de la pompe mise en œuvre dans le procédé selon l'invention,

- la figure 8 est une vue de côté d'une troisième variante d'exécution de la pompe mise en œuvre dans le procédé selon l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

Dans la suite de la description du procédé et du système de circulation de carburant dans un aéronef suivant l'invention, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Par ailleurs, les différentes vues ne sont pas nécessairement tracées à l'échelle.

En référence aux figures 1 à 5, l'invention concerne un procédé et un système de circulation de carburant dans un aéronef. Selon l'invention le procédé consiste à utiliser au moins une moins une pompe (1) à membrane ondulante apte à onduler, sous l'action de moyens d'actionnement, entre deux flasques pour faire circuler ledit carburant entre une conduite d'admission de la pompe (1) jusqu'à une conduite d'échappement de la pompe.

A cet effet, et en référence aux figures 1 à 8, le système de circulation de carburant comprend au moins une pompe à membrane (1). Selon une forme de réalisation particulière, la pompe à membrane comprend un corps de pompe cylindrique (2) délimitant une chambre cylindrique dans laquelle débouche une conduite d'admission (4) et une conduite d'échappement (5) coaxiale au corps de pompe (2), une membrane ondulante comportant une ouverture centrale et s 'étendant dans la chambre cylindrique entre un flasque inférieur fixe et un flasque supérieur fixe, lesdits flasques s 'étendant dans ladite chambre cylindrique. La membrane ondulante présente une forme d'un disque comportant une ouverture centrale circulaire. La membrane ondulante est obtenue dans un matériau déformable tel qu'un élastomère silicone par exemple ou similaire. L'épaisseur de la membrane ondulante est croissante depuis sa partie centrale vers son bord périphérique, et l'ouverture centrale circulaire présente un diamètre sensiblement égal au diamètre interne de la conduite d'échappement (5).

Le flasque inférieur est solidaire de la paroi de fond du corps (2) de la pompe (1) et le flasque supérieur est apte à être déplacé verticalement afin de faire varier la cylindrée de la pompe comme il sera détaillé plus loin. Par ailleurs, les parois des flasques inférieur et supérieur faisant droit à la membrane sont convexes.

De Plus, la pompe (1) comprend des moyens de support rigides de la membrane entre les flasques inférieur et supérieur. Lesdits moyens de support coopèrent notamment avec le bord périphérique de la membrane. Ces moyens de support consistent, par exemple, en une couronne annulaire portant le bord périphérique de la membrane.

Par ailleurs, la pompe (1) comporte des moyens d'actionnement de la membrane ondulante coopérant avec les moyens de support de cette dernière. Lesdits moyens d'actionnement consistent, par exemple, dans un actionneur linéaire électromagnétique et des moyens d'amortissement qui délimitent la course de l'actionneur électromagnétique.

L' actionneur électromagnétique consiste, quant à lui, dans un anneau cylindrique mobile s'étendant coaxialement à la conduite d'échappement (5) au-dessus du flasque supérieur et au droit d'un moteur d'excitation. Le moteur d'excitation est constitué d'une armature cylindrique fixe dite interne et d'une armature cylindrique fixe dite externe portant une bobine annulaire et deux aimants permanents annulaires s'étendant au-dessus et respectivement en dessous de la bobine annulaire, ladite bobine annulaire est connectée à un circuit d'alimentation. Le circuit d'alimentation comprend, par exemple, au moins un amplificateur de puissance et un générateur de signal.

L'extrémité inférieure de l'anneau cylindrique mobile est solidaire d'une couronne annulaire munie d'un épaulement, et en prise avec une pièce de liaison solidaire de la couronne de support de la membrane ondulante. Ainsi, la pièce de liaison maintient la membrane ondulante lorsque l'actionneur est au repos notamment.

De plus, de manière avantageuse, le flasque supérieur est solidaire d'un chariot apte à coulisser verticalement par rapport à l'armature fixe interne afin de faire varier la cylindrée de ladite pompe (1). Ledit chariot consiste, par exemple, dans une pièce circulaire comportant un évidement central pour le passage de la conduite d'échappement (5) et des trous dans lesquels s'étendent des guides solidaires de l'armature fixe interne. Afin de faire varier la position dudit chariot, ce dernier comporte un taraudage coopérant avec une vis s'étendant dans un trou pratiqué dans l'armature fixe interne. La vis consiste dans une pièce tubulaire de section transversale circulaire comportant un filetage sur sa paroi externe, dans sa partie inférieure. Le flasque supérieur est solidaire de la face inférieure dudit chariot de sorte que, en faisant varier la position dudit chariot le long de l'axe de révolution vertical de la pompe (1), il est possible de faire varier la cylindrée de la pompe en fonction du besoin de l'application visée. Accessoirement, la conduite d'admission (4) et/ou la conduite d'échappement (5) pourront comporter au moins un filtre.

De plus, la pompe suivant l'invention pourra avantageusement comporter au moins un capteur tel qu'un capteur de pression et/ou un capteur de température et/ou un capteur de présence de carburant. Les informations mesurées par ces capteurs peuvent être transmises au circuit d'alimentation qui pourra comporter des moyens de gestion pour réguler le débit en fonction desdites informations en modifiant les caractéristiques d'alimentation de l'actionneur linéaire électromagnétique notamment. Ainsi, lorsque l'actionneur linéaire électromagnétique est activé, l'anneau cylindrique mobile est déplacé alternativement vers le bas et vers le haut, entraînant la membrane ondulante vers le bas et respectivement vers le haut à la fréquence alimentant l'actionneur linéaire électromagnétique. De cette manière, la membrane propage un front d'ondes qui procure le déplacement du carburant présent dans la chambre cylindrique vers la conduite d'échappement (5).

En d'autres termes, le système de circulation de carburant intègre une pompe à membrane (1) à déplacement positif qui utilise la membrane en mouvement alternatif, dans laquelle le carburant est déplacé par le piégeage d'une quantité fixe de carburant, et en forçant le déchargement du volume emprisonné par la conduite d'échappement (5). La pompe à membrane (1) comprend donc de bonnes propriétés d'aspiration. La seule pièce mobile avec laquelle le carburant est en contact dans la pompe est la membrane en élastomère. Tous les composants mécaniques et électriques sont isolés de l'exposition au carburant. Cela permet de minimiser le risque de piégeage de corps étranger et maximiser la fiabilité du procédé et du système de circulation de carburant selon l'invention. La maintenance du système est réduite.

Plusieurs variantes d'exécution sont possibles pour l'agencement de la conduite d'admission (4) par rapport au corps de compte (2). En effet, et selon une première variante illustrée à la figure 6, la conduite d'admission (4) de la pompe à membrane (1) s'étend radialement par rapport au corps de pompe (1).

Selon une deuxième variante illustrée à la figure 7, la conduite d'admission (4) s'étend du côté opposé à la conduite d'échappement (5), et coaxialement à cette dernière. Enfin, selon une troisième variante illustrée à la figure 8, la conduite d'admission

(4) de la pompe à membrane (1) se présente sous la forme d'une pluralité d' évents (29) pratiqués dans le corps (2) de pompe cylindrique (1) pour mettre en communication la chambre cylindrique avec l'extérieur de la pompe (1). Dans cet exemple particulier de réalisation, lesdits évents (29) consistent dans des fentes longitudinales uniformément réparties sur la circonférence du corps de pompe cylindrique (2) et s'étendent sur la totalité de la hauteur de la chambre cylindrique.

Il va de soi que la forme de la pompe ne limite pas l'invention, ledit corps de pompe (2), la chambre et la membrane pourront présenter une forme quelconque, telle qu'une forme parallélépipédique pour le corps de pompe (2) et la chambre, et une forme rectangulaire pour la membrane sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'essentiel réside dans l'utilisation avantageuse d'une pompe à membrane dans un procédé de circulation de carburant dans un aéronef. Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières et en aucun cas limitatifs quant au domaine d'application de l'invention. De ce que qui précède, le procédé selon l'invention permet de faire plusieurs opérations de circulation de carburant dans un aéronef par l'intermédiaire de la pompe à membrane (1). En référence à la figure 1, le procédé selon l'invention permet le remplissage en carburant d'au moins un des réservoirs (30) d'un aéronef. A cet effet, la conduite d'admission (4) de la pompe à membrane (1) du système de circulation est connectée à une source d'alimentation externe en carburant, et la conduite d'échappement (5) est connectée à un réservoir (30) de l'aéronef pour son remplissage en carburant.

En référence à la figure 2, le procédé permet de transférer du carburant entre au moins deux réservoirs (30 de l'aéronef. A cet effet, la conduite d'admission (4) de la pompe à membrane (1) du système de circulation est connectée à un réservoir (30), et la conduite d'échappement (5) est connectée à un autre réservoir (30) de l'aéronef pour le transfert de carburant entre lesdits réservoirs (30).

En référence à la figure 3, le procédé permet aussi d'alimenter en carburant au moins l'un des moteurs (31) à partir d'au moins l'un des réservoirs (30). A cet effet, la conduite d'admission (4) de la pompe à membrane (1) du système de circulation est connectée à un réservoir (30), et la conduite d'échappement (5) est connectée à un moteur (31) de l'aéronef pour son alimentation en carburant.

En référence à la figure 4, le procédé permet d'alimenter en carburant au moins un groupe auxiliaire de puissance (APU) à partir d'au moins l'un des réservoirs (30). A cet effet, la conduite d'admission (4) de la pompe à membrane (1) du système de circulation est connectée à un réservoir (30), et la conduite d'échappement (5) est connectée à un groupe auxiliaire de puissance (32) de l'aéronef pour son alimentation en carburant.

Enfin, le procédé selon l'invention permet également, en référence à la figure 5, de réaliser la vidange d'au moins l'un des réservoirs (30). A cet effet, la conduite d'admission (4) de la pompe à membrane (1) du système de circulation est connectée à un réservoir (30), et dont la conduite d'échappement (5) est connectée à une source de réception externe en carburant pour la vidange du réservoir (30). Il est bien évident que le système pourra comprendre autant de pompes à membrane (1) que d'opérations de circulation de carburant différentes à réaliser.