Brevet FR2096577A1 — publié le 19720218

La présente invention concerne la détection d'impacts, et plus particulièrement un appareil de détection d'impacts produit. par des objets mobiles sur des moteurs à fluide multipales, tels que les compresseurs des moteurs à réaction. Des objet; étrangers, tels que les oiseaux, les gouttes de glace et similaires, ainsi que des objets provenant des pales ou des parties de pales d'un compresseur peuvent affecter les composants internes du moteur, en position de vol ou au sol, dans certaines circonstances. Pcr-consEquent, il est souhaitable de savoir si un grand objet a pu cacher des parties du moteur empêchant celui-ci de fonctionner, pour prévenir d'autres endoemagc3ents, et une panne catastrophique. L'invention concerne un appareil simple et sur, de direction des endommagements des moteurs à fluide produits par des objets étrangers et d'origine interne. L'appareil conforme a l'invention permet le contrble en continu d'un moteur à fluide, tel que le moteur réaction d'un avion, pour détecter les endommagements des composants produits par des objets mobiles dans l'coulement du moteur. L'appareil conforme b l'invention utilisa un système délivrant une indication de l'endommagement causé b un moteur b fluide par un objet détaché ou étranger. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un eschés; d'un système de détection de l'endoemaagement d'un moteur a fluide conformément à l'invention; - les figures 2A, 2B, 2C et 2D sont des schémas des formes d'ondes de vibrations de divers types, utiles à l'explication du fonctionnement du système de la figure 1. L'appareil conforme à l'invention comporte un accéléro- mètre monté sur le stator du moteur1 près du support de rotor, pour détecter les vibrations produites par des objets frappant le rotor, et pour développer un signal de sortie électrique conforme à ces vibrations Un dispositif de détection de crête comportant un circuit d'entrée couplé a la sortie de l'accéléromètre, et un circuit de sortie constitué d'un réseau de résistance. et de condensateur en parallèle, aux bornes duquel apparat un signal unidirectionnel dont les crêtes correspondent aux cottes du signal de sortie électrique de l'accéléromètrey est également prévu. Le signal unidirectionnel chute depuis sa valeur de crête à une vitesse déterminée par ia constante de temps du réseau. Un dispositif sensible aux niveaux du signal unidirectionnel supérieurs b la valeur déterminée correspondant à un impact d'une amplitude déterminée pour délivrer une indication de l'impact, est également prévu. La demanderesse a découvert qu'un objet étranger de taille importante, tel qu'un oiseau ou une goutte de glace, engendre un impact 'Mécanique précis lorsqu'il cache les pales rotatives d'un moteur à fluide, tel qu'un moteur à réaction Si cet objet étranger pénètre dans le compresseur du moteur, plusieurs impacts peuvent se produire selon une séquence rapide. L'amplitude de ces impacts est telle qu'elle excède le bruit normal du moteur, et peut etre détectée par un dispositif détecteur de vibrations sensible, tel qu'un accéléromètre. Ce dispositif est, de préfé- rence, situé sur le stator, près du support de rotor du moteur à réaction. La figure 1 représente une coupe d'une partie d'un moteur 10 à turbosoufflante, qui comporte un capot ou blindage 11 à l'intérieur duquel se trouve le rotor 12. Ce rotor comporte plusieurs pales radiales 13, deux seulement étant représentées, comprimant l'air qui pénètre dans le capot. L'air pressurisé est dévié vers une direction d'écoulement axial, par des aubes de guidage de sortie 14. Une partie de l'air pressurisé pénètre dans une entrée 15 du moteur, et subit la combustion du carburant, en engendrant un courant de gaz chaud faisant tourner le rotor 12. Le capot 11 ainsi que le chassie fixe du moteur 16 constituent le stator d'un compresseur. La figure 1 représente également un arbre 17 relié au rotor t2, et supporté par le roulement de butée 18. La butée 18 comporte des billes tournant dans des chemin de roulement interne et externe. La butée 18 est montée sur la structure 19 da support de stator, à l'intérieur du chtccis 16.Le système de détection conforme à l'invention comporte un accéléromètre 20 monté sur la structure 19 dl support du stator, près de la butée 18. Ce système de détection comporte également un amplificateur 27 amplifiant le signal sortant de l'accéîéromètre 20, des circuits de détection de crête 21 comportant un réseau 22 à constante de temps, un amplificateur 23 de la sortie des circuits de détection de crête, et dont la sortie actionne un dispositif indicateur à relais 24 qui, à on tour, actionne un dispositif d'indication 25, tel qu'un avertisseur. L'accélértxaètre 20 convertit les vibrations 'Mécaniques ou acoustiques en signaux électriques dont l'amplitude varie en fonction de la composante d'accélération des vibrations mécaniques ou acoustiques. Ce dispositif est particulièrement utile car il détecte les composantes haute fréquence ainsi que les composantes basse fréquence de la vibration d'un impact, et est très fidèle dans sa sensibilité aux ondes à front raide, telles que celles produites par les impacts d'objets étrangers sur les pales du moteur. L'accéléromètre 20 monté sur le stator 11 près du support de rotor 18 du moteur délivre une bonne réponse aux impacts sur les pales du rotor ainsi que sur les pales du stator. Le circuit de détection de crête comporte une borne d'entrée 30 et une borne 31 communes à l'entrée et à la sortie, ainsi qu'une borne de sortie 33. Ce circuit comporte également un dispositif conducteur unilatéral 34, composé d'une cathode 35 et d'une anode 36 et d'un autre dispositif unilatéral 37 composé d'une cathode 38 et d'une anode 39. La sortie électrique de l'amplificateur 27 est couplée à travers un condensateur de couplage 26 aux bornes d'entrée 30 et 31 du circuit détecteur de crête 21. L'anode 36 est reliée à la borne d'entrée 30 et la cathode 35 est reliée à la borne d'entrée 31. L'anode 39 est également reliée à la borne d'entrée 31 et la cathode 38 est reliée à la borne de sortie 33. Un condensateur 40 et une résistance 41 sont branchés en parallèle entre les bornes de sortie 30 et 33. Une tension alternative appliquée aux bornes d'entrée 30 et 31 du circuit détecteur de crête 21 est redressée et la tension crête à crête apparaît aux bornes de sortie 30 et 33. L'amplitude de la tension de crête apparaissant aux bornes 30 et 33 diminue en fonction de la constante de temps du réseau 22 constitué de la résistance 41 et du condensateur 40. Le circuit détecteur de crête 21 est généralement dénommé par les spécialistes doubleur de tension. Le signal de sortie unidirectionnel apparaissant aux bornes de sortie 30 et 33 est amplifié par un amplificateur classique à courant continu 23. Cet amplificateur 23 a, de préférence, une impédance d'entrée élevée, de manière que la constante de temps du circuit détecteur de crête 21 soit très peu affectée par l'impédance d'entrée de l'amplificateur. Cet amplificateur a également une impédance de sortie faible, de manière à pouvoir actionner les éléments du relais indicateur 24 dont l'impédance est faible. Cet indicateur peut être tout dispositif sensible à une valeur donnée du signal d'entrée, pour actionner deux contacts. La fermeture de ces contacts est utilisée pour actionner un avertisseur 25 et indiquer qu'un signal d'entrée de valeur particulière a été appliqué au relais indicateur. Dans ce dispositif, le bouton 45 positionne le marqueur 46 à la surface du relais indicateur -sur une certaine valeur.Lorsque le signal d'entrée permet l'alignement de l'élément indicateur du relais sur la valeur représentée par le marqueur ou une valeur supérieure, les contacts du relais sont actionnés sans charger le circuit d'entrée du relais indicateur, pour affecter le fonctionnement- d'un appareil externe, tel quiun avertisseur. La figure 2A représente un schéma de vibration 50 produite par le moteur à fluide, et détectée par l'accéléromètre 20. Sur ce schéma, les ordonnées représentent l'amplitude de la tension, et les abscisses représentent le temps. L'impact produisant la vibration est tel que l'oscillation produite se trouve à la fois du côté positif et du côté négatif par rapport à la ligne 51. La sortie de l'accéléromètre appliquée au circuit doubleur de tension 21 fait apparaître une tension unidirectionnelle ou continue aux bornes de sortie du caractère indiqué sur la figure 2B, dans lequel l'amplitude du signal unidirectionnel 52 est pratiquement l'amplitude crête à crête du signal 50 de la figure 2A. Ce signaI décroît à une vitesse prédéterminée par la constante de temps du réseau 22, tel qu'indiqué.La constante de temps du réseau 22 est établie de manière que la diminution soit suffisamment lente pour permettre l'actionnement de l'avertisseur 25 par le relais indicateur 24. Comme représenté sur la figure 2B, les lignes en pointillés 53 indiquent le niveau auquel le relais indicateur 24 est positionné, pour être actionné par le signal unidirectionnel. Le temps représenté sur l'axe des abscisses par la distance comprise entre le point 54 et le point 55 est supérieur au retard de la transmission du signal dans l'amplificateur 23, et les éléments du relais indicateur 24. Par conséquent, le relais indicateur positionné pour l'actionnement du niveau 53 donne une indication d'une crête de l'amplitude 56. Sur la figure 2A, le bruit de fond du moteur est représenté par des vibrations d'un niveau d'amplitude 57 ou d'une amplitude crête à crête égale à deux fois le niveau 57. Les figures 2C et 2D représentent d'autres formes possibles de la vibration mécanique, pour lesquelles la crête se trouve essentiellement dans une direction à partir de la ligne de base. Le circuit de détection de crête du système délivre une indication de ces crêtes. Le circuit doubleur de tension 21 représenté effectue une fonction de détection souple dans le système conforme à l'invention. Les crêtes 58 et 59 de la tension unidirectionnelle des vibrations des figures 2C et 2D correspondent aux crêtes du signal situé au-dessus et au-dessous des lignes de base, respectivement. Comme sur la figure 2A, l'amplitude du bruit de fond du moteur est indiquée par le niveau 57 Tandis qu'un accéléromètre est utilisé dans le systeme décrit, c'est un dispositif détecteur de vitesse dans lequel le signal électrique est proportionnel à la composante de la vitesse de vibration qui fonctionne. Cependant, un accéléromètre délivre une indication plus sensible, et une réponse meilleure aux hautes fréquences. Par conséquent, un accéléromètre convient mieux pour la détection d'impacts qu'un dispositif détecteur de vitesse. Dans certains cas, il peut être souhaitable de filtrer les bruits à basse fréquence provenant du moteur qui ne contiennent pas d'information autour des impacts dus aux objets détachés ou étrangers. Dans ce cas, un filtre passe haut peut être placé entre l'accéléromètre et l'entrée du circuit détecteur de crête. Bien que l'invention ait été décrite en référence à un mode de réalisation, des modifications peuvent être apportées par les spécialistes, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de détection dans un moteur à fluide comportant un stator et un rotor multipale, ce rotor étant supporté par un palier, Aes impacts d'objets sur les pales du rotor, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un accdlérometre monté sur le stator, pour détecter des vibra tisons produites et développer un signal de sortie électrique conformément à ces vibrations, en ce que le moteur produit, lors de son fonctionnement normal, des vibrations dans le stator d'amplitude prédéterminée, et les objets frappant les pales du rotor produisent des vibrations dans le stator d'une autre amplitude prédéterminée de valeur supérieure à la première, en ce qu'il comporte un moyen de détection des signaux électriques d'amplitudes correspondant à l'autre amplitude de vibration prédéterminée, les impacts des objets sur les pales de ce rotor étant détectés. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accéléromètre est monté près du support du rotor. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce-que 1'accéléromètre est monté près du roulement de butée du support du rotor. 4. Appareil de détection dans un moteur à fluide comportant un stator et un rotor multipale, ce rotor tournant, des impacts d'objets mobiles sur les pales du rotor, caractérisé par un accéléromètre monté sur le stator pour détecter les vibrations produites par~le;fonctionnement normal du moteur et par des objets frappant les pales du rotor et pour développer un signal de sortie électrique conformément aux vibrations,un moyen de détection de crête comportant un circuit d'entrée couplé à la sortie de l'accéléromètre, et un circuit de sortie comportant un réseau dé résistance et de condensateur en parallèle aux bornes duquel apparatt un signal unidirectionnel ayant des valeurs de crête conformes aux crêtes de la sortie électrique de l'accéléro- mètre, ces signaux unidirectionnels diminuant depuis les crêtes, conformément à la constante de temps du réseau, et un moyen sensible aux niveaux du signal unidirectionnel supérieurs à une valeur prédéterminée correspondant à un impact d'une amplitude prédéterminée pour délivrer une indication de cet impact. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de détection de crête est un doubleur de tension. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la constante de temps du réseau est suffisamment grande pour permettre le fOnctionnemeat du dispositif indicateur.