Fonctionnement du turboreacteur, methode et approche ftc

Fonctionnement d’un turboréacteur

Dans cette section nous présentons le fonctionnement d’un turboréacteur à partir de deux types de moteurs développés par Snecma: le premier militaire « M88 » et le second civil « SaM16 ».

Avant de mettre en place une stratégie PFTC dans un système de régulation d’une géométrie variable, il est nécessaire d’avoir une vision sur le système global, en l’occurrence, une étude sur le fonctionnement des turboréacteurs.

Le turboréacteur est un système de propulsion basé sur le principe d’action et de réaction. La force résultante de la propulsion s’appelle la poussée. Cette poussée est fonction du débit d’air d’entrée et de la différence entre la vitesse de l’air en entrée et la vitesse de l’air en sortie.

𝐹 = 𝐷𝑎𝑖𝑟(𝑉𝑠𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 − 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟é𝑒)

On a donc deux paramètres réglant la poussée, soit en variant le débit d’air, ou bien en augmentant la vitesse des gaz en sortie du turboréacteur. Pour les turboréacteurs, l’air est aspiré à l’avant par une soufflante. Une partie de cet air est comprimé par les étages du compresseur où sa température et sa pression sont augmentées. Cet air comprimé enrichi avec du carburant est brûlé dans la chambre à combustion. Cette combustion permet d’accélérer les gaz, qui en se détendant, vont fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement des turbines qui vont entraîner les compresseurs et la soufflante. Enfin les gaz sont éjectés à travers la tuyère d’échappement, obtenant ainsi une vitesse de sortie des gaz supérieure à la vitesse d’admission 𝑉𝑠𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒 > 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟é𝑒 . La rotation de la soufflante permet d’aspirer une grande quantité d’air qui participe principalement à la poussée du turboréacteur.

Il existe différents types de turboréacteurs :
♦ Turboréacteur simple corps, simple flux.
♦ Turboréacteur double corps, simple flux.
♦ Turboréacteur double corps, double flux.

Les travaux de cette thèse sont développés autour d’un turboréacteur double corps, double flux.

♦ Le flux primaire (ou flux chaud) est essentiellement utilisé pour la génération de l’énergie nécessaire au turboréacteur. Ce flux traverse les différents étages des compresseurs, ensuite la chambre de combustion et finalement les turbines avant d’être éjecté.
♦ Le flux secondaire (ou flux froid) représente une grande partie d’air aspiré ayant pour objectif d’obtenir un maximum de la poussée avec des vitesses d’éjection pas trop élevées.

Le flux secondaire délivre 80% de la poussée tandis que le flux primaire délivre 20% de la poussée. Le rapport entre la masse des deux flux est appelé taux de dilution.

Architecture du turboréacteur double corps, double flux

Nous allons maintenant décrire les différents organes du générateur de gaz.

Soufflante

Le rôle de la soufflante est de générer un débit d’air en entrée du turboréacteur.

Compresseurs

Le rôle des compresseurs est de comprimer l’air dans la chambre de combustion afin de le ramener à une pression et température donnée pour garantir une combustion optimale. Une première élévation de pression et température se fait dans le compresseur dit Basse Pression. Une seconde élévation de pression et température se fait dans le compresseur dit Haute Pression relié à la turbine dite Haute Pression. Les compresseurs sont constitués de deux parties, une partie fixe dite stator et une partie tournante dite rotor (Figure 1.2). En se plaçant dans le sens du flux d’air, le compresseur est composé de plusieurs étages. Chaque étage est composé d’un disque rotor et d’un disque stator. Ce dernier permet de redresser le sens de l’écoulement de l’air.

Chambre de combustion

L’air comprimé entrant dans la chambre de combustion est mélangé au carburant afin d’entretenir la flamme. Dans la phase de démarrage, l’allumage est initié à l’aide de bougies, puis la flamme s’auto entretien. On obtient ainsi un gaz accéléré (énergie augmentée par élévation de la température). Une partie de l’air entrant dans la chambre de combustion est déviée avant la combustion pour refroidir les différentes parties de la chambre qui sont limitées en tenue de température.

Turbine

Le flux des gaz accélérés va se détendre en entraînant le rotor d’une turbine dite Haute Pression dont l’axe est relié au compresseur. La turbine sert à entretenir la rotation du compresseur et de la soufflante. Dans le cas du moteur double corps, il y a deux turbines : une dite à haute pression qui se situe en aval de la chambre à combustion. Sa rotation permet d’entraîner l’axe du compresseur HP. L’autre dite basse pression qui est en aval de la turbine HP sert à entraîner le compresseur BP et la soufflante.

Tuyère

Les gaz de combustion vont continuer à s’accélérer en se détendant à travers la tuyère d’éjection jusqu’à ce qu’ils atteignent leur vitesse maximale générant ainsi une poussée. On rappelle que cette poussée est marginale par rapport à la poussée générée par la soufflante. Sur le M88, une postcombustion se fait en aval de la turbine BP pour accélérer une deuxième fois les gaz du flux primaire. Cette accélération permet d’augmenter la poussée.

La nacelle

La nacelle est l’enveloppe extérieure du réacteur. Elle sert à :
♦ Protéger le réacteur.
♦ Fixer le réacteur sur l’aile de l’avion.
♦ Faciliter l’entrée de l’air par son aérodynamisme.
♦ Inverser la poussée en ouvrant des panneaux latéraux qui orientent l’éjection des gaz vers l’avant afin d’aider l’avion à freiner.
♦ Garantir la reprise d’efforts entre le moteur et l’élément qui le relie à l’avion.

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Table des matières

INTRODUCTION
1. FONCTIONNEMENT DU TURBOREACTEUR, METHODE ET APPROCHE FTC
1.1 FONCTIONNEMENT D’UN TURBOREACTEUR
1.1.1 INTRODUCTION
1.1.2 ARCHITECTURE DU TURBOREACTEUR DOUBLE CORPS, DOUBLE FLUX
1.1.3 SYSTEME DE REGULATION M88
1.1.4 SYSTEME DE REGULATION DU SAM146
1.2 FONCTIONNEMENT DES GEOMETRIES VARIABLES
1.2.1 ARCHITECTURE DU SYSTEME VSV
1.2.2 ARCHITECTURE DU SYSTEME FMV
1.2.3 ARCHITECTURE DES LVDT
1.3 METHODE ET APPROCHE FTC
1.3.1 THEORIE DE L’ESTIMATION
1.3.2 TERMINOLOGIE
1.3.3 DESCRIPTION DE LA METHODE ET APPROCHE FTC
1.4 CONCLUSION
2. TOLERANCE AUX DEFAUTS ET AUX DEFAILLANCES PAR CAPTEURS VIRTUELS
2.1 INTRODUCTION
2.2 CAPTEUR NEURONAL
2.2.1 RESEAU DE NEURONES ARTIFICIEL (RNA)
2.2.2 CAPTEUR NEURONAL POUR LE SYSTEME VSV
2.2.3 CAPTEUR NEURONAL POUR LA TEMPERATURE 𝑻𝟐𝟓
2.3 DESCRIPTION DE L’APPROCHE AVG-FTC
2.4 IDENTIFICATION EN BOUCLE FERMEE
2.4.1 MODELISATION DU SYSTEME VSV
2.4.2 IDENTIFICATION EN BOUCLE FERMEE PAR LA METHODE PEM
2.4.3 IDENTIFICATION DU SYSTEME MIMO DES GEOMETRIES VARIABLES VSV-FMV-VBV
2.4.4 IDENTIFICATION DU SYSTEME SISO DES GEOMETRIES VARIABLES VSV ET FMV
2.5 OBSERVATEURS MULTI-MODELE
2.5.1 MODELISATION DES SYSTEMES NON LINEAIRES PAR L’APPROCHE MULTI-MODELE TYPE TAKAGISUGENO83
2.5.2 MODELISATION DES SYSTEMES NON LINEAIRES PAR L’APPROCHE TAKAGI-SUGENO-LPV
2.6 CAPTEUR VIRTUEL
2.7 ROBUSTESSE (NEURAL EXTENDED KALMAN FILTER)
2.8 STABILITE DE L’APPROCHE AVG-FTC
2.9 CONCLUSION
3. APPLICATION DE L’AVG-FTC ET DU CAPTEUR NEURONAL AUX SYSTEMES VSV ET FMV
3.1 INTRODUCTION
3.2 MODELE MOTEUR REGULE (MMR)
3.3 DESCRIPTION ET MODELISATION DES CONTACTS INTERMITTENTS
3.3.1 DESCRIPTION DES CONTACTS INTERMITTENTS
3.3.2 MODELISATION DES CONTACTS INTERMITTENTS
3.4 ALGORITHME DE DETECTION DES CONTACTS INTERMITTENTS
3.5 APPLICATION DE L’AVG-FTC AU SYSTEME VSV
3.5.1 SIMULATION DE LA MANOEUVRE1 EN FONCTIONNEMENT NOMINAL
3.5.2 SIMULATION DE LA MANOEUVRE1 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE
3.5.3 SIMULATION DE LA MANOEUVRE1 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE AVEC CAPTEUR NEURONAL
3.5.4 SIMULATION DE LA MANŒUVRE 1 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE AVEC L’APPROCHE AVG-FTC
POUR LE SYSTEME VSV
3.5.5 SIMULATION DE LA MANŒUVRE 2 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE AVEC L’APPROCHE AVG-FTC
POUR LE SYSTEME VSV
3.5.6 SIMULATION DE LA MANŒUVRE 3 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE AVEC L’APPROCHE AVG-FTC
POUR LE SYSTEME VSV
3.6 APPLICATION DE L’AVG-FTC AU SYSTEME FMV
3.6.1 SIMULATION DE LA MANOEUVRE1 EN FONCTIONNEMENT NOMINAL
3.6.2 SIMULATION DE LA MANOEUVRE1 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE
3.6.3 SIMULATION DE LA MANŒUVRE 1 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE AVEC L’APPROCHE AVG-FTC
POUR LE SYSTEME FMV
3.6.4 SIMULATION DE LA MANŒUVRE 3 EN FONCTIONNEMENT DEGRADE AVEC L’APPROCHE AVG-FTC
POUR LE SYSTEME FMV
3.7 CONCLUSION
4. CONCLUSION GENERALE