Tournez la page S.V.P. et de 6 pages d'annexes

Click here to load reader

  • date post

    05-Jan-2017
  • Category

    Documents

  • view

    217
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Tournez la page S.V.P. et de 6 pages d'annexes

  • 11PT25

    Tournez la page S.V.P.

    et de 6 pages d'annexes.

  • Tuyre ouverture variable Page 1 Banque PT SIA 2011

    Les propulseurs utiliss dans les applications militaires ou civiles subissent, avant leur mise en service, des tests de certification visant contrler leur bon fonctionnement et le respect des normes de scurit.

    Ces tests consistent simuler au sol les conditions de vol subies par le propulseur et observer les ractions de celui-ci conscutives des commandes de pilotage.

    La DGA (Direction Gnrale de l'Armement) dispose dans son centre d'essais des propulseurs, situ Saclay, de bancs d'essais ddis la certification et la mise au point de diffrents types de propulseurs d'avions ou de missiles.

    PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UN TURBORACTEUR Un turboracteur est un propulseur fonctionnant sur le principe d'action-raction. La diffrence de vitesse entre l'air entrant et les gaz produits entrane une variation de quantit de mouvement et donc un effort de pousse (voir document 1 ci-dessous).

    L'air ambiant est conditionn l'entre puis comprim l'aide de compresseurs centrifuges tages multiples. Le carburant est alors inject dans la chambre de combustion, mlang l'air puis enflamm, ce qui produit ainsi l'nergie permettant l'acclration des gaz au passage de la tuyre d'jection ouverture variable. Leur passage dans une turbine permet en outre d'entraner les tages de compression.

    Document 1 Structure d'un turboracteur

    LE BANC D'ESSAIS Un banc d'essais de turboracteur est constitu de trois compartiments (voir document 2 page suivante).

    Le premier compartiment (A) est aliment par une soufflerie et a pour fonction de conditionner le flux d'air en amont de la turbomachine teste. Il est ainsi possible de contrler le dbit, la temprature et la pression de l'air en admission.

    ADMISSION COMPRESSION COMBUSTION CHAPPEMENT

    Entre d'air Chambre de combustion Turbine

    TUYRE OUVERTURE VARIABLE POUR BANC D'ESSAIS DE TURBORACTEURS

    PRSENTATION

    Avion de combat Rafale propuls par deux moteurs Snecma M88

    Propulseur en cours d'essais

    Tuyre Gaz d'chappement

    Tournez la page S.V.P.

  • Tuyre ouverture variable Page 2 Banque PT SIA 2011

    Le deuxime compartiment (B) contient le propulseur tester. Celui-ci est maintenu par une structure porteuse permettant entre autres les mesures des efforts de pousse. Il est spar du compartiment (A) par une cloison tanche munie d'un orifice permettant le passage de l'air calibr. Le flux d'air peut alors tre laiss libre en amont du racteur ou guid par un raccordement jusqu' l'entre de celui-ci, permettant ainsi des essais dits en "veine force".

    Le troisime compartiment (C) permet la collecte et l'vacuation des gaz produits lors de la combustion.

    La pression l'intrieur du compartiment B est rgule afin de simuler diffrentes conditions d'altitude.

    Des vannes inter-compartiments permettent d'assurer une circulation d'air autour du racteur afin de simuler le refroidissement externe du moteur en fonctionnement.

    La pression du compartiment A est ajustable de 0,05 3 bar. Celle des compartiments B et C de 0,05 1,05 bar. La temprature d'alimentation du compartiment A est variable de -56C +150C. La capacit de ventilation est rglable de 27 40 kg/s. En rglant ces diffrents paramtres, il est possible de simuler sur ce type de banc l'ensemble des conditions d'utilisation d'un turboracteur.

    Document 2 Structure d'un banc d'essais

    turboracteur en essai

    vannes inter-compartiments

    conduite d'extraction

    Pavillon pour mesure du dbit

    Obstacle pour homogniser le flux

    Tuyre ouverture variable

    Filtre Vanne admission

    Vanne extraction

    AIR GAZ

    Compartiment B Compartiment C Compartiment A

    Vue d'ensemble du banc d'essais (compartiment B ouvert) Vue du compartiment B

    Compartiment B Compartiment C Racteur en essai Structure

    porteuse

    Raccordement pour essai en veine force

    Raccordement Compartiment A

  • Tuyre ouverture variable Page 3 Banque PT SIA 2011

    CALIBRATION DU BANC RACTEUR SIMUL

    Un banc d'essais ncessite pour fonctionner correctement une phase de calibration permettant d'affiner les rglages utiliss lors des tests et d'talonner les appareils de mesures. On s'assure notamment dans cette phase que le compartiment A possde un comportement conforme aux besoins des tests.

    Les cots en carburant et en matriel lis l'utilisation d'un turboracteur sont tels que, pour ces phases de calibration, les ingnieurs de la DGA ont imagin une solution consistant remplacer le propulseur rel par une structure simulant sa prsence (voir document 3 ci-contre).

    Cette structure est compose d'un tube reprsentant le corps du racteur et d'une tuyre ouverture variable actionne par quatre vrins hydrauliques et permettant de faire varier la vitesse de l'air ject. On notera que dans ce cas, il n'y a pas de combustion interne au dispositif. Le tube est fix sur la structure porteuse relle avec les mmes points d'encrage que le propulseur et est raccord directement la veine force.

    TUYRE A OUVERTURE VARIABLE La tuyre ouverture variable monte sur le tube, en aval de l'coulement, a pour fonction de faire varier la section de la veine de fluide en sortie de tube.

    La solution imagine consiste disposer seize volets articuls sur la priphrie du tube qui permettent ainsi de rduire la section de passage du fluide (voir documents 4 et 5 ci-dessous). Ces volets sont mis en mouvement par seize biellettes toutes identiques relies une pice de forme torique (tore) elle-mme mise en translation par quatre vrins hydrauliques rpartis rgulirement autour du tube.

    Les commandes de ces vrins sont synchronises et asservies en position. La DGA a confi la ralisation de cette commande la socit Bosch-Rexroth.

    Document 3 Racteur simul (compartiment B)

    tube vrin

    hydraulique Tuyre

    ouverture variable

    Tuyre ouverture variable

    tore biellettes volets vrin

    tube

    Documente 4 Tuyre ouverte

    biellettes vrins

    tube

    Document 5 Tuyre ferme

    tube

    tore

    volets

    vrin vrin

    biellettes

    volets

    Tournez la page S.V.P.

  • Tuyre ouverture variable Page 4 Banque PT SIA 2011

    La consigne d'ouverture de la tuyre est labore au niveau de la console de pilotage. Elle est transmise des modules de commande spcifiques chaque vrin. Ceux-ci sont pilots par des servo-distributeurs hydrauliques commande lectrique. Un contrle de la position est effectu par un capteur magntostriction intgr dans le corps du vrin. Les caractristiques de ces composants sont fournies en annexe 2.

    OBJECTIFS DE L'TUDE PROPOSE

    On se propose dans ce sujet de valider les solutions choisies par les concepteurs vis--vis des performances attendues listes au cahier des charges.

    Dans cette optique, aprs une lecture attentive du sujet (environ 20 minutes), il est propos au candidat une tude articule autour de cinq parties indpendantes (les dures indiques correspondent au poids relatif de chacune d'elles) :

    Partie A : Analyse fonctionnelle et structurelle (20 min) Partie B : Modlisation de la chane fonctionnelle ralisant la fonction de service (2h) Partie C : Synthse de la commande d'un vrin (40 min) Partie D : Validation de l'architecture mcanique de la structure ralisant la chane d'nergie (1h) Partie E : Validation de la commande synchronise des vrins (40 min)

    Objectif : Cette partie a pour objectif de complter une description fonctionnelle interne du systme afin de prciser l'organisation structurelle et de mettre en vidence les performances qui feront l'objet des tudes de validation proposes dans la suite du sujet.

    On propose en annexe 1 les diagrammes SADT de niveau A-0 et A0 de la tuyre.

    Question 1

    partir de la prsentation du systme et des diagrammes fournis en annexe 1, complter le diagramme SADT de niveau A3 bauch sur le cahier rponse.

    Les actionneurs utiliss sont des vrins hydrauliques double effet. Ils sont pilots par des servo-distributeurs commande lectrique.

    On donne sur le cahier rponse une bauche du schma hydraulique de cblage d'un vrin.

    Question 2

    Complter le schma de cblage hydraulique du vrin en reliant les composants. Prciser la dsignation et/ou la fonction des lments indiqus.

    Question 3

    Aprs lecture du diagramme FAST propos sur le cahier rponse, indiquer les lments ralisant les diffrentes fonctions du niveau le plus bas de la description.

    ANALYSE FONCTIONNELLE ET STRUCTURELLE

    PARTIE A

  • Tuyre ouverture variable Page 5 Banque PT SIA 2011

    X(p)

    Vrin

    Q(p)

    Module de commande

    Adaptateur

    Capteur

    Servo -Distributeur Mcanisme

    X p

    UD(p) HA(p)

    KC

    KD HM(p) + C(p) KU HV(p) D(p) Drf(p)

    Objectif : Cette partie a pour objectif de proposer un modle de comportement pour les lments constitutifs de la chane fonctionnelle ralisant la fonction de service. Cette modlisation permettra de valider une partie des performances attendues et de prparer la synthse du correcteur pour la partie suivante.

    Dans l'ensemble de cette partie, nous n'tudierons qu'une seule des 4 chanes fonctionnelles constituant le systme complet. Nous ferons l'hypothse que les chanes sont parfaitement identiques et que la charge est galement rpartie sur chacun des 4 vrins.

    On donne ci-dessous un extrait du cahier des charges relatif la fonction de service.

    Fonction de service Critres d'apprciation Niveau Faire varier le diamtre de la veine de fluide

    Diamtre d