Brevet FR2538903A1 — publié le 19840706

i 2538903 APPAREIL DE MESURE DE L'AMPLITUDE ET DE LA POSITION ANGULAIRE D'UN BALOURD D'UN SYSTEME TOURNANT La présente invention se rapporte à la mesure de l'ampli- tude et de la position angulaire d'un balourd d'un système tournant. Un domaine d'application particulier, mais non limitatif, de l'invention est celui des appareils de mesure destinés à fournir les indications nécessaires pour équilibrer un réacteur d'avion. La vérification de l'équilibrage des réacteurs d'un avion est une opération de contrôle couramment effectuée sur piste A cet effet, les réacteurs d'avion sont pourvus chacun d'un capteur d'accélérations vibratoires sur un palier et d'un capteur de vitesse de rotation et de posi- tion Ces capteurs sont montés à demeure et la détection et la mesure d'un balourd éventuel sont réalisées en bran- chant un appareil approprié sur les sorties de signal des capteurs Il est connu d'utiliser un appareil fournissant directement une indication sur l'amplitude du balourd et une indication sur la position angulaire de celui-ci Dans un tel appareil, le signal du capteur d'accélérations vi- bratoires, après amplification et un premier filtrage, subit deux intégrations successives et est appliqué à un filtre de poursuite à bande passante étroite centrée en permanence sur une fréquence-correspondant à la vitesse de rotation mesurée par l'autre capteur Le signal de sortie du filtre de poursuite est représentatif de l'am- plitude d'un balourd éventuel Le déphasage entre ce si- gnal et celui fourni par le capteur de vitesse de rotation et de position est déterminé pour fournir une information représentative de la position angulaire du balourd. En pratique, l'exploitation des informations fournies par ces appareils de mesure connus semble poser divers pro- blèmes. D'abord, dans certains cas, il est nécessaire que l'opé- rateur corrige le déphasage mesuré par l'appareil d'un angle représentant un éventuel décalage angulaire entre les positions du capteur de forces vibratoires et du cap- teur de vitesse de rotation et de position, ce décalage n'étant forcément pas le même sur tous les types de moteur Or, les contrôles d'équilibrage né sont générale- ment pas effectués par un personnel hautement qualifié et sont réalisés dans des conditions très difficiles (à l'ex- térieur et dans le bruit) Il s'ensuit fréquemment des erreurs telles que sur le signe de la correction du déphasage mesuré et sur la traduction du déphasage déter- miné en une aube particulière sur laquelle une masse doit être par exemple rajoutée. De plus, il s'est avéré que le déphasage mesure entre le signal représentatif de l'amplitude du balourd et le signal du capteur de vitesse de rotation et de position, même corrigé du décalage angulaire éventuel entre les positions des capteurs, ne correspond souvent pas à la valeur réelle de la position angulaire du balourd. En effet, une autre erreur est introduite par les dépha- sages propres aux circuits électroniques de l'appareil de mesure, et la demanderesse a même mis en évidence qu'une erreur supplémentaire est introduite par un déphasage "mécanique" fonction des conditions d'essai Il s'est en - effet avéré que des déphasages différents sont mesurés sur un moteur selon qu'il est monté au banc ou sur un avion, toutes choses égales par ailleurs Il a également été démontré que la vitesse de rotation au cours de l'essai a une influence loin d'être négligeable. Ces difficultés expliquent qu'en pratique l'équilibrage d'un moteur est souvent fait par tâtonnements et sans nécessairement arriver a un résultat parfait. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de fournir un appareil de mesure capable de donner directement a l'utilisateur l'information exacte sur la position angu- laire d'un balourd d'un système tournant, sans néces- siter des corrections ultérieures sources d'erreurs et de tâtonnements. Ce but est atteint au moyen d'un appareil du type com- portant: un premier circuit de traitement qui est des- tiné à recevoir les signaux des capteurs d'accélérations vibratoires et de vitesse de rotation et de position et qui comprend des moyens d'intégration et de filtrage pour fournir un premier signal de sortie représentatif de l'am- plitude d'un balourd éventuel du système tournant; et un second circuit de traitement qui est destiné à recevoir le signal du capteur de vitesse de rotation et de posi- tion et le premier signal de sortie et qui comprend des moyens de détermination du déphasage entre ces signaux pour fournir un second signal de sortie représentatif de la position angulaire du balourd, appareil dans lequel, conformément à l'invention le second circuit de traitement comprend en outre: une mémoire dans laquelle sont enregistrées des in- formations représentatives, pour différents sys- tèmes tournants et/ou différentes conditions d'es- sai, de l'écart entre ledit déphasage déterminé et la position angulaire du balourd par rapport a une origine déterminée sur le système tournant; et des moyens destinés à combiner ledit déphasage déterminé avec une information lue dans la mémoire afin de fournir ledit second signal de sortie; et des moyens de sélection sont prévus pour, lorsqu'ils sont actionnés, commander de façon sélective la lec- ture d'informations enregistrées dans la mémoire. Ainsi, il suffit à l'utilisateur d'agir sur des moyens de sélection, par exemple des touches prévues sur l'appareil, en fonction du système tournant a essayer et/ou de condi- tions d'essai, pour disposer directement du signal repré- sentatif de la position angulaire exacte du balourd. Dans le cas de l'application à l'équilibrage de moteurs d'avion, la sélection est effectuée par l'opérateur en fonction du type de moteur et, éventuellement du type d'avion sur lequel le moteur est monté, les informations enregistrées pour un même moteur pouvant être différentes selon que ce moteur est monté sur un avion ou sur un autre D'autres sélections peuvent être envisagées, par exemple essai au banc ou régime du moteur en cours d'essai. Les informations enregistrées en mémoire sont déterminées expérimentalement A cet effet, pour un moteur parfaite- ment équilibré et des,conditions d'essai donnés, on in- troduit un balourd dans une position angulaire connue par rapport à une origine donnée et on mesure l'écart entre cette position angulaire et le déphasage calculé entre le signal représentatif de l'amplitude du balourd et le signal du capteur de vitesse de rotation et de position. Plusieurs mesures peuvent être effectuées en changeant la position angulaire du balourd afin de vérifier la cons- tance de l'écart mesuré Le cas échéant, on retiendra la valeur moyenne des différentes mesures L'écart ainsi mesuré expérimentalement contient les différentes compo- santes d'erreur: déphasage entre les positions des capteurs, déphasages électriques des circuits électroni- ques et déphasage mécanique En variante, au lieu de déterminer l'écart entre la position angulaire connue du balourd et le déphasage calculé, on détermine l'écart entre la position angulaire de la masse à ajouter pour équilibrage (c'est-a-dire à 1800 du balourd) et le dépha- sage calculé De la sorte, au cours de l'utilisation ultérieure de l'appareil de mesure, le second signal de sortie représentatif de la position angulaire du balourd donne en fait directement la positin angulaire exacte, par rapport à une origine donnée, du lieu ou une masse de compensation doit être placée. Des séries de mesure sont effectuée pour couvrir les différents cas envisagés d'utilisation de l'appareil de mesure, et les écarts mesurés sont enregistrés dans la mémoire à des adresses différentes. Selon une particularité de l'appareil de mesure conforme à l'invention, il comprend des moyens d'affichage sous forme d'une graduation circulaire permettant une lecture directe de la position angulaire du balourd et/ou de la masse de compensation à ajouter. D'autres particularités et avantages de l'appareil de mesure conforme à l'invention ressortiront à la lecture de la description faite, ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur les- quels: la figure 1 est une vue très schématique d'un système tournant équipé de capteurs d'accélérations vibra- toires et de vitesse de rotation et de position, la figure 2 est un schéma des circuits électroniques d'un mode de réalisation d'un appareil de mesure selon l'invention, la figure 3 est une vue schématique de la face avant de cet appareil. Dans la description qui suit, on se place dans le cadre de l'application de l'invention à la mesure de balourd d'un moteur d'avion, ce qui n'exclut bien entendu pas l'appli- cation de l'invention à d'autres systèmes tournants. Sur la figure 1 sont représentées schématiquement des aubes 11 d'un moteur 10 Un capteur d'accélérations vibra- toires schématisé en 12 est monté sur un des paliers de support de l'arbre du moteur pour fournir un signal dont l'amplitude est représentative des efforts qui lui sont appliqués Le capteur 12 est par exemple de type piézo- électrique Un capteur de vitesse de rotation comprenant un témoin magnétique 13 monté sur une aube lia et un dé_ tecteur de type magnétique 14 (par exemple une sonde a effet Hall) fournit, en sortie du détecteur un signal re- présentatif de la vitesse de rotation et de la position de la partie tournante du moteur (une impulsion par tour). Les capteurs 12 et 13-14 sont montés à demeure, au moment de la construction du moteur L'emplacement du témoin ma- gnêtique 13 fournit une origine pour le repérage angulaire du système tournant Chaque aube 11 présente au moins un trou fileté sur un bord extérieur pour permettre le vis- sage éventuel de masses de compensation en cas de détec- tion d'un déséquilibre. Les signaux sf et sw fournis par les capteurs d'accéléra- tion et de vitesse de rotation et de position sont reçus par des circuits de traitement illustrés par la figure 2, afin de détecter et mesurer un balourd éventuel. Un premier circuit de traitement reçoit les signaux sf et sw afin de fournir un signal sb représentatif de l'ampli- tude d'un balourd éventuel A cet effet, ce circuit de traitement comprend, en série entre l'entrée recevant le signal sf et la sortie délivrant le signal sb, un ampli- ficateur 21, un filtre passe-bande 22, un premier inté- grateur 23, un second intégrateur 24 et un filtre de poursuite à bande étroite 25 Le filtre passe-bande 22 est destiné à éliminer les composantes du signal sf qui se trouve en dehors du domaine de fréquences correspondant aux plages de vitesses de rotation-des moteurs Les inté- grateurs 23 et 24 transforment un signal représentatif d'une accélération en un signal représentatif d'un dépla- cement Le filtre 25 est un filtre passe-bande à bande étroite centrée en permanence sur une fréquence correspon- dant à la vitesse de rotation du moteur A cet effet, le filtre 25 reçoit un signal sw représentatif de la fré- quence de rotation du moteur, afin de commander la fré- quence centrale du filtre passe-bande Le signal sw' est fourni par un circuit de mise en forme 26 qui reçoit le signal sw et délivre un train d'impulsions rectangulaires ou carrées de fréquence égale à la vitesse de rotation du moteur exprimée en tours/s O Le filtre 25 à fréquence de coupure pilotable peut être conforme à celui décrit dans la demande de brevet français 79 14519 du 7 juin 1979. En sortie du filtre 25, le signal sb a une amplitude re- presentative des d'placements radiaux de l'axe du moteur par rapport au capteur 12, qui se produisent avec une fréquence correspondant a la vitesse de rotation Le sit gnal sb est donc représentatif de l'amplitude du balourd. Un second circuit de traitement reçoit les signaux sb et sw' afin de fournir un signal si représentatif de la po- sition angulaire réelle Q du balourd par rapport au témoin magnétique 13 Un circuit de calcul de déphasage 31 reçoit les signaux sb et sw' et délivre un signal numérique s Q' représentatif du déphasage Q' entre ces signaux Ce signal s Q' est appliqué à une entrée d'un additionneur 34 qui reçoit, sur une autre entrée, un signal so" lu dans une mémoire 33 et représentatif de l'écart À" entre l'angle * et le déphasage O ' L'additionneur 34 fournit sous forme numérique le signal s Orecherché L'information 4 " est lue dans la mémoire à l'adresse indiquée par un circuit d'adresse 32 commandé par des touches de sélection 35 (figure 3). L'information O " a pour composantes * l'angle 1 éventuel entre les positions du capteur 12 et du détecteur 14 fixé sur le carter du moteur, les déphasages électriques Q 2 introduits par les circuits électroniques du premier cir- cuit de traitement et les déphasages mécaniques 03 fonc- tion du moteur, de l'avion sur lequel le moteur est monté et de la vitesse de rotation Les informations Q" ont eté préenregistrées dans la mémoire 33 pour les différents moteurs et, éventuellement couples moteur- avion auxquels l'appareil de mesure est destinée A chacun de ces moteurs ou angles moteur-avion correspond une touche particulière (figure 3) qui, lorsqu'elle est enfoncée par un opéra- teur, commande la lecture de l'information correspondante dans la mémoire 33 Celle-ci est par exemple une memoire morte reprogrammable (REPROM) La détermination des infor- mations O " est-effectuée comme indique plus haut à partir de mesures réalisées sur des moteurs équilibrés auxquels un balourd connu est ajouté L'on a vu que l'une des com- posantes de ô" dépend de la vitesse de rotation Il est donc nécessaire que la mesure du balourd soit effectu 4 e A une vitesse de rotation N (en tours/s) égale ou proche de celle a laquelle la détermination des informations À" a eu lieu A cet effet, le signal sw' est appliqué a un circuit d'affichage 36 pour fournir sous forme par exemple numé- rique une indication représentant la vitesse du moteur contrôlé (ou le pourcentage de cette vitesse par rapport à la vitesse maximale) Il est alors nécessaire, au cours de l'utilisation de l'appareil de mesure, de vérifier que la vitesse affichée N se trouve a l'intérieur d'une plage déterminée. On a envisagé ci-avant d'associer chaque touche 35 a un type de moteur particulier ou a un couple moteur-avion particulier. La figure 3 montre schématiquement la face avant de l'ap- pareil de mesure La vitesse de rotation N s'inscrit numériquement sur le circuit d'affichage 36 -Un second circuit d'affichage numérique 37 est destiné à afficher, de façon connue en soi, une information B représentant l'amplitude du balourd ou la valeur de la masse de com- pensation à ajouter Cette information est obtenue par conversion sous forme numérique de l'amplitude crête ou moyenne du signal sb et application du coefficient mul- tiplicateur convenable La position angulaire du balourd peut être affichée en degrés sous forme numérique ou analogique (galvanomètre) à partir du signal si Toute- fois, selon une particularité avantageuse de l'appareil suivant l'invention, une lecture directe de la position du balourd est possible grâce a l'utilisation d'une graduation circulaire 40 matérialisée par des éléments tels que des diodes électroluminescentes 41 Le signal numérique si est décodé par un circuit 39 (figure 2) qui commande l'allumage de la diode correspondante. La graduation peut être en degrés A partir d'une origine définie par la position du témoin magnétique 13 ou en numéro d'aube compté à partir de l'aube lla. En variante, la position indiquée par l'allumage d'une diode 41 peut être non pas celle du balourd, mais celle du lieu o une masse de compensation doit être placée. L'utilisateur peut ainsi connaître directement la valeur et la position exactes de la masse de compensation, ce qui élimine pratiquement toute possibilité d'erreurs ou de tâtonnements. REVENDICATIONS 1 Appareil de mesure de l'amplitude et de la position angulaire d'un balourd d'un système tournant, a partir de signaux délivrés par un capteur d'accélérations vibra- toires et un capteur de vitesse de rotation et de position associés au système tournant, appareil comportant un pre- mier circuit de traitement qui est destiné à recevoir les signaux des capteurs d'accélérations vibratoires et de vitesse de rotation et de position-qui comprend des moyens d'intégration et de filtrage pour fournir -un premier si- gnal de sortie représentatif de l'amplitude d'un balourd éventuel du système tournant, et un second circuit de traitement qui est destiné à recevoir le signal du capteur de vitesse de rotation et de position et le premier signal de sortie et qui comprend des moyens de détermination-du déphasage e Ml entre ces signaux pour fournir un second si- gnal de sortie représentatif de la position angulaire du balour, caractérisé en ce que - le second circuit de traitement comprend en outre: une mémoire ( 33) dans laquelle sont enregistrées des informations représentatives, pour différents systèmes tournants et/ou différentes conditions d'essai, de l'écart entre ledit déphasage déterminé $m et la position angulaire du balourd par rapport à une origine déterminée sur le système tournant; et des moyens ( 34) destinés a combiner ledit dépha- sage déterminé Om avec une information lue dans la mémoire ( 33) afin de fournir ledit second signal de sortie À; et des moyens de sélection ( 35) sont prévus pour, lors- qu'i Ls sont actionnée, commander de façon sélective la lecture d'informations enregistrées dans la mémoire ( 33). 2 Appareil de mesure selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de sélection sont des touches ( 35) affectées chacune à un système tournant particulier et/ou à une conditon d'essai particulière, et reliées à un circuit d'adresses ( 32) associé a la mémoire ( 33). 3 Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que le second signal de sortie correspond à l'angle du balourd par rapport à la- dite origine déterminée. 4 Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérise en ce que le second signal de sortie correspond à l'angle, par rapport à ladite origine déterminée, de la position ou une masse de compensation de balourd doit être placée. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendi- cations 1 a 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage sous forme d'une graduation circulaire ( 40) permettant une lecture directe de la position angulaire du balourd et/ou de la masse de compensation à ajouter. 6 Appareil de mesure selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la graduation circulaire est formée par une pluralité d'éléments électroluminescents ( 41).