Prueba de no apagado para cámara de combustión de turbomáquina.

Procedimiento de inspección en tierra de la función de evitación de apagado de la llama de un sistema deregulación del gasto de combustible inyectado en la cámara de combustión de una turbomáquina aeronáutica,

siendo pilotado dicho sistema por un computador que le transmite una consigna (WF) del valor del gasto que ha deinyectarse, siendo dicho valor superior a un valor mínimo (WFMIN) predefinido por dicho computador para evitar losriesgos de apagado en caso de maniobra de reducción rápida de la consigna de gasto, caracterizado porque incluyela realización, en la turbomáquina en funcionamiento y a partir de un régimen determinado, de una reducción delgasto de combustible según un decrecimiento programado para alcanzar un valor de consigna de gasto inferior alvalor mínimo correspondiente al funcionamiento en tierra considerado, seguida de la comprobación del no apagadode la cámara de combustión.

Prueba de no apagado para cámara de combustión de turbomáquina El campo de la presente invención es el de la termodinámica aplicada a las turbomáquinas y, más en particular, el del funcionamiento de las turbomáquinas aeronáuticas.

Las turbomáquinas se constituyen clásicamente a partir de uno o varios compresores que comprimen aire aspirado en una entrada de aire, de una cámara de combustión donde se quema combustible mezclado con el aire, de una o varias turbinas que extraen una parte de la potencia generada por la combustión para arrastrar el o los compresores y de una tobera de salida por la que se expulsan los gases producidos.

Las turbomáquinas aeronáuticas son utilizadas en un amplio campo de vuelo, en el que debe estar garantizado su funcionamiento para asegurar la seguridad de la tripulación y la de los eventuales pasajeros. En concreto, se impone la necesidad de evitar que el turborreactor de un avión o el turbomotor de un helicóptero se apague en el transcurso de una maniobra operada por el piloto. Cabe el riesgo de que se produzca tal apagado de la llama en la cámara de combustión, por ejemplo, cuando el piloto efectúa una maniobra de reducción rápida del empuje o de la potencia suministrada. Este tipo de maniobra puede ser efectuado en situación de emergencia cuando el piloto, en un avión, quiere disminuir bruscamente su velocidad o, en un helicóptero, trata de desacelerar bruscamente para, por ejemplo, evitar un obstáculo que súbitamente descubre frente a él (maniobra llamada "quick stop" o desaceleración rápida) .

En funcionamiento normal, la regulación del motor está prevista para pilotar el gasto de combustible que se inyecta en la cámara de combustión y evitar tal apagado. Pero en caso de fallo de esta regulación o de evoluciones en las características físicas de las piezas del motor, tal apagado no queda excluido. Un defecto de este tipo puede acontecer con el envejecimiento del motor, el cual genera evoluciones en los juegos o en el tamaño de los orificios de admisión de aire, o en el sistema de inyección y de regulación del combustible. Esto redunda entonces en una cantidad de aire admitida en la cámara que es superior a la esperada o en una cantidad de combustible inyectada en la cámara que es inferior a la esperada y, consecuentemente, en una disminución de la riqueza de la mezcla.

En una maniobra de desaceleración rápida, la brusca reducción del gasto de combustible que se inyecta en la cámara de combustión redunda en una modificación instantánea de la riqueza de la mezcla. En efecto, la reducción del gasto de combustible es prácticamente inmediata cuando se gobierna el cono de mando del gasto de combustible hacia el cierre, mientras que la reducción del gasto de aire sigue el decrecimiento de la velocidad de giro del árbol motor, cuya evolución viene limitada por la inercia del rotor y, por lo tanto, no es instantánea. La riqueza evoluciona bruscamente de su valor nominal hacia un valor empobrecido, el cual tan sólo tenderá a volver a hacerse nominal cuando se haya estabilizado el régimen del motor en su nuevo valor. Ahora bien, la estabilidad de una llama en una cámara de combustión tan sólo queda garantizada si la riqueza de la mezcla se mantiene comprendida entre dos valores extremos, un valor llamado de apagado rico y un valor llamado de apagado pobre.

En el caso de una maniobra de emergencia de tipo quick stop, si el motor falla por una de las causas anteriormente apuntadas, cabe entonces la posibilidad de que la riqueza caiga por debajo del valor de apagado pobre y que el motor se apague. Para comprobar la aptitud de un motor para resistir a este fenómeno de apagado en esas maniobras de emergencia, a día de hoy sólo una prueba en el banco de ensayo permite efectuar el pertinente diagnóstico. Más aún, esta sólo se practica a la recepción de los motores nuevos. En lo sucesivo, los motores ya no son inspeccionados, salvo en una revisión general. Por lo tanto, si las características del motor evolucionan, el riesgo de un fallo pasa completamente desapercibido en su normal utilización, pues al no ser las reducciones normales de régimen tan intensas como la acarreada por una de las citadas maniobras de emergencia, la riqueza de la mezcla no desciende hasta alcanzar el límite de apagado pobre. Cabe entonces la posibilidad de que el motor se apague si el piloto tiene que efectuar esa maniobra de emergencia, es decir, en un momento en el que lo necesita especialmente.

La presente invención tiene por finalidad subsanar estos inconvenientes al proponer un método, realizable con la aeronave en tierra, de inspección del correcto funcionamiento del motor para los casos en que fuera necesario efectuar una maniobra de desaceleración rápida en vuelo. Este método permite además evaluar si la cámara de combustión ha soportado degradaciones eventuales.

A tal efecto, la invención tiene por objeto un procedimiento de inspección según la reivindicación 1. Una prueba similar se encuentra descrita en H. Li et al. “Active control of lean blowout in a swirl-stabilized combustor using a tunable diode laser”, Proc. Combustion Institute 31, (2007) .

La prueba consiste en observar un apagado eventual de la cámara de combustión en esa maniobra y en concluir si el motor es apto para soportar una maniobra de desaceleración rápida en vuelo.

De manera preferente, el decrecimiento se realiza de manera automática mediante el computador del motor, con el accionamiento por parte del piloto o de un mecánico de un mando dedicado, asociado a dicho computador.

Así se tiene la seguridad de que el decrecimiento realizado sigue perfectamente el decrecimiento nominal de la

prueba. Se limita asimismo la complejidad de realización del ensayo para los pilotos y/o mecánicos.

Ventajosamente, el régimen del motor al principio de la inspección se modula en función de las condiciones de temperatura y de presión del lugar de ejecución de dicha inspección de correcto funcionamiento.

De manera aún más ventajosa, el índice de decrecimiento del gasto de combustible en el transcurso de la inspección se modula en función de las condiciones de temperatura y de presión del lugar de ejecución de dicha inspección de correcto funcionamiento.

Esto permite tener en cuenta las características peculiares del lugar en el que se desarrolla la prueba y, por tanto, efectuarla en condiciones representativas del funcionamiento de la cámara de combustión.

La invención se refiere asimismo a un procedimiento de determinación del valor límite del decrecimiento del gasto de combustible, según la reivindicación 5, a partir del cual se produce el apagado de la cámara de combustión de una turbomáquina aeronáutica, mediante la sucesiva realización de varias inspecciones tales y como se han descrito anteriormente, aumentándose cada vez los índices de decrecimiento aplicados con relación a la inspección anterior.

De manera preferente, el gasto de combustible inyectado en la cámara de combustión se adapta en función del límite de apagado hallado según el anterior procedimiento.

La invención se refiere finalmente a un computador de regulación del gasto de combustible inyectado en una turbomáquina aeronáutica, en el que se implanta un módulo de realización de uno de los procedimientos antes descritos, y a una turbomáquina aeronáutica que incluye tal computador.

Se comprenderá mejor la invención y aparecerán con mayor claridad otros propósitos, detalles, características y ventajas de la misma en el transcurso de la descripción explicativa detallada subsiguiente de una forma de realización de la invención dada a título de ejemplo meramente ilustrativo y no limitativo, con referencia al dibujo esquemático que se acompaña.

En la figura 1 se representa la velocidad del generador de gases (NG) , la consigna de gasto (WF) pilotada por el computador y el tope de gasto mínimo impuesto por el computador (WFMIN) , a lo largo de una prueba de no apagado.

La consigna de gasto es el valor del gasto demandado por el computador al sistema de regulación que actúa sobre la posición del dosificador de combustible. El valor de gasto mínimo es un valor mínimo, definido en el computador, que fija un tope inferior para la consigna de gasto transmitida por el computador. El apagado o el no apagado de la cámara de combustión en el caso de una rápida reducción del régimen está ligado al correcto posicionamiento de este valor mínimo.

La evolución de los parámetros en la figura 1 está descompuesta en tres fases, referenciadas con φ1, φ2 y φ3. La fase 1 corresponde a una fase de preparación de la prueba, en cuyo transcurso el piloto registra... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de inspección en tierra de la función de evitación de apagado de la llama de un sistema de regulación del gasto de combustible inyectado en la cámara de combustión de una turbomáquina aeronáutica, siendo pilotado dicho sistema por un computador que le transmite una consigna (WF) del valor del gasto que ha de 5 inyectarse, siendo dicho valor superior a un valor mínimo (WFMIN) predefinido por dicho computador para evitar los riesgos de apagado en caso de maniobra de reducción rápida de la consigna de gasto, caracterizado porque incluye la realización, en la turbomáquina en funcionamiento y a partir de un régimen determinado, de una reducción del gasto de combustible según un decrecimiento programado para alcanzar un valor de consigna de gasto inferior al valor mínimo correspondiente al funcionamiento en tierra considerado, seguida de la comprobación del no apagado de la cámara de combustión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el decrecimiento se realiza de manera automática mediante el computador del motor, con el accionamiento por parte del piloto o de un mecánico de un mando dedicado, asociado a dicho computador.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el régimen del motor al principio de la

inspección se modula en función de las condiciones de temperatura y de presión del lugar de ejecución de dicha inspección de correcto funcionamiento.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el decrecimiento del gasto de combustible en el transcurso de la inspección se modula en función de las condiciones de temperatura y de presión del lugar de ejecución de dicha inspección de correcto funcionamiento.

5. Procedimiento de determinación del valor límite del decrecimiento del gasto de combustible a partir del cual se produce el apagado de la cámara de combustión de una turbomáquina aeronáutica mediante la sucesiva realización de varias inspecciones según una de las reivindicaciones 1 a 4, aumentándose cada vez los decrecimientos aplicados con relación a la inspección anterior.

6. Procedimiento de regulación del gasto de combustible inyectado en la cámara de combustión de una turbomáquina aeronáutica en el que el gasto de combustible se adapta en función del límite de apagado hallado según el procedimiento de la reivindicación 5.

7. Computador de regulación del gasto de combustible inyectado en una turbomáquina aeronáutica en el que se halla implantado un módulo de realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores.

8. Turbomáquina aeronáutica que incluye un computador según la reivindicación anterior.