Brevet FR2561381A1 — publié le 19850920

L'invention concerne un procédé de détermination du si- gnal de pression d'hélice à partir du signal mixte hélice/ échappement des cylindres mesuré en vol à l'aide d'un micro- phone disposé sur l'avion dans les avions à hélice à moteurs à quatre temps, procédé dans lequel le signal mixte reçu par le microphone est enregistré. Dans un procédé connu du genre susdit (Journal of Air- -craft, volume 18, juin 1981, pages 480 à 486), on part de de que, dans les combinaisons de moteurs à quatre temps à quatre cylindres avec une hélice à deux pales et de moteurs à quatre temps à six cylindres avec une hélice à trois pales, les fréquences caractéristiques pour le son de rotation de 1' hélice et pour le signal d'échappement de cylindres se che- vauchent de sorte qu'il est difficile de séparer les sources de bruit. Avec le procédé connu, on effectue deux mesures, et, pour la deuxième mesure, l'hélice est décalée d'un demi-pas par rapport à l'arbre du moteur. Les signaux mesurés sont en- suite traités de façon habituelle et soumis à une nalyse de fréquence. Il n'est pas possible de cette façon de déterminer quantitativement et de façon reproductible le signal de pres- sion d'hélice pur. L'invention a pour but de créer un procédé avec lequel il soit possible de déterminer quantitativement le signal pur de pression d'hélice à partir du signal mixte hélice/échappe- ment de cylindres. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce au fait qu' en supplément des signaux mixtes les signaux d'échappement des différents cylindres du moteur sont mesurés au débouché du tuyau d'échappement et sont enregistrés synchroniquement avec les signaux mixtes, et que pour déterminer quantitative- ment le signal pur de pression d'hélice les signaux sont transformés par réglage d'amplitude, les flancs identiques des signaux mixtes et des signaux d'échappement de cylindres correspondant aux signaux mixtes respectifs sont amenés en coincidence et les signaux d'échappement de cylindres du moteur sont soustraits des signaux mixtes. On va décrire le procédé suivant l'invention en référence aux dessins annexes dans lesquels les figures 1 et 2 sont dé- crites et commentées ci-après. Pour mettre en oeuvre le procédé, on a disposé devant les ailes d'un avion une première sonde microphonique M1. Une deuxième sonde microphonique M2 a été montée tout contre 1' échappement du moteur à une distance d'environ 20 cm du débou- ché de l'échappement du moteur comme il est indiqué en haut à gauche de la figure 2. Avec un moteur plus petit le microphone peut être placé encore plus près de cet échappement. Pour les essais, le premier microphone M1 était disposé dans la zone du bout d'aile babord avec un support situé à une distance de 1 mètre derrière le plan de l'hélice. On utilisait des microphones de même type et présentant tous deux un cône de nez. Par le premier microphone sont reçus les signaux mixtes avec des parts du bruit de l'hélice et du bruit d'échappement des cylindres. Le deuxième microphone ne reçoit pour l'essen- tiel que le bruit d'échappement des cylindres. Les signaux recueillis par les microphones sont enregistrés synchronique- ment sur une bande magnétique à plusieurs pistes. On a enre- gistré le niveau sonore pour différentes puissances de moteur. L'interprétation du bruit d'échappement des cylindres mesuré avec la sonde microphonique disposée à côté de l'échap- pement du moteur a montré que le bruit de l'échappement, dans le laps de temps correspondant à la période de demi-régime de rotation du moteur, et le signal de pression de chaque course d'explosion (pression de détente après l'explosion) sont identifiables pour chacun des cylindres dans l'enregistrement des signaux. On suppose que le bruit des gaz brûlés qui s' échappent reçoit du fait de réflexions dans le ruyau d'échap- pement et de différences de longueur de parcours jusqu'au dé- bouché de ce tuyau une "caractéristique d'identification" qui lui est propre. Les temps de succession des signaux mixtes sont égaux à l/(B-n) = 2/(Z-n), B étant le nombre de pales d'hélice et Z le nombre de cylindres. De plus les signaux sont en phase et par conséquent leurs portions essentielles sont superposées dans la séquence temps. Dans le déroulement chronologique, le signal de pression d'une pale d'hélice coincide alternativement avec le signal de pression de l'un de deux cylindres possibles. Le cycle de travail total du moteur à quatre temps correspond à deux tours d'arbre. Le signal de pression du cylindre se répète donc périodiquement avec une période de 2/n. Le signal de pression de la pale d'hélice se répète avec une période de 1/n. A la figure 1 sont représentés l'un au-dessus de l'autre pour différentes puissances de moteur les signaux de pression d'échappement d'un moteur à six cylindres, dans le cas pré- sent un Télédyne-Continental TSIO-520-M, le temps étant porté en abscisses et la pression sonore en ordonnées. Le régime du moteur était de n - 2600 t/min. Le cycle de travail total du moteur est représenté dans les deux cas comme temps TM. Comme on peut le voir dans les deux diagrammes, chaque cylindre présente une "caractéristique d'identification" qui lui est propre. Dans la figure, des flèches A et B indiquent à titre d'exemple des points reconnaissables d'identification dans le signal de pression et de dépression de l'un des six cylindres. Du signal mixte enregistré par le microphone 1 ont été soustraits les signaux d'échappement du moteur. Une soustrac- tion de signaux en phase peut être effectuée dans les meil- leures conditions sur un analyseur à deux canaux de la trans- formée de Fourier (FFT), car des parties du signal de pres- sion d'échappement contenues dans le signal mixte sont faciles à reconnaître par voie optique. On peut également déterminer le retard par une corrélation mutuelle entre M1 et M2. Etant donné que le signal mixte est mesuré par le micro- phone M1 en un point de l'avion qui est beaucoup plus éloigné de la source du signal d'échappement que la sonde microphoni- que qui est tout contre le débouché de l'échappement du mo- teur, il est nécessaire de régler en amplitude le signal d' échappement avant la soustraction. Le degré de réglage d'am- plitude peut être déterminé suivant une loi de décroissance connue en fonction de la position du microphone M1 dans le champ proche ou lointain par rapport au débouché de l'échap- pement du moteur. Cette façon de procéder suppose que la pro- pagation n'est pas perturbée. La méthode la plus sûre et la plus simple consiste à adapter l'amplitude du signal d'échap- pement du moteur directement sur l'écran de l'analyseur FFT en se basant sur les points remarquables visibles du signal d'échappement dans le signal mixte. A la figure 2 sont représentés à gauche dans deux dia- grammes superposés, pour des puissances de moteur basse (diagramme du haut) et haute (diagramme du bas), les signaux mixtes. A ces signaux mixtes (traits maigres) sont superposés ici les signaux d'échappement du moteur (trait gras) après réglage. Dans le cas présent, le réglage des phases a été effectué en amenant en coincidence dans les deux signaux les points caractéristiques de courbe semblables. Des flèches indiquent dans la figure 2 ces points caractéristiques de si- gnaux. Apres que, dans le FFT, les deux points caractéristi- ques de signaux ont été ainsi amenés en coincidence en phase et en même temps réglés en amplitude, il a été effectué une soustraction de signaux. Il en résulte alors le signal pur de pression d'hélice tel qu'il est montré dans la partie droite de la figure 2. De cette façon, le signal de pression d'hélice est déterminé de façon quantitative et reproductible. Grâce à la "caractéristique d'identification" propre à chaque cy- lindre on est sûr que la soustraction s'effectue à partir du signal mixte à la formation duquel a participé le cylindre en question. Avec le procédé selon l'invention, on peut, par exemple dans la mise au point de pales d'hélice, déterminer quantita- tivement les effets que l'on peut attendre de certaines mesu- res en se basant sur le signal pur de pression d'hélice obte- nu par soustraction. Les études et travaux visant à diminuer la grandeur du signal de pression d'hélice sont ainsi nota- blement facilités. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination du signal de pression d'héli- ce à partir d'un signal mixte d'hélice/échappement de cylin- dres mesuré en vol, dans un avion à hélice équipé d'un moteur à combustion interne à quatre temps au moyen d'un microphone disposé sur l'avion, procédé o l'on enregistre une succes- sion de ces signaux mixtes reçus par ce microphone Mi, carac- térisé en ce que l'on mesure les signaux émis par l'échappe- ment des cylindres individuels au voisinage du débouché du tuyau d'échappement du moteur et l'on enregistre ces signaux d'échappement des cylindres en synchronisme avec lesdits si- gnaux mixtes et, pour déterminer quantitativement le signal pur d'hélice, on ajuste au moins lesdits signaux d'échappement en phase et amplitude correctes, on amène en coincidence les flancs semblables desdits signaux mixtes et desdits signaux d'échappement de cylindres, et l'on soustrait lesdits signaux d'échappement de cylindres desdits signaux mixtes. 2. Procédé de détermination du signal de pression d'hé- lice à partir d'un signal mixte d'hélice/échappement de cy- lindres mesuré en vol, sur un avion à hélice équipé d'un mo- teur à combustion interne à quatre temps au moyen d'un moyen d'un premier microphone (M1) disposé sur l'avion procédé o l'on enregistre une succession de ces signaux mixtes reçus par ce premier microphone (M1), caractérisé en ce que l'on mesure des signaux émis par l'échappement des cylindres indi- viduels en utilisant un second microphone (M2)' placé au voisinage du débouché du tuyau d'échappement du moteur et 1' on enregistre ces signaux d'échappement en synchronisme avec lesdits signaux mixtes et, pour déterminer quantitativement. le signal pur d'hélice, on ajuste au moins lesdits signaux d'échappement en phase et amplitude correctes, on amène en coincidence les flancs semblables desdits signaux mixtes et signaux d'échappement de cylindres, et l'on soustrait lesdits signaux d'échappement de cylindres desdits signaux mixtes. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le premier microphone (M1) est placé derrière le plan de rotation de l'hélice et à proximité de celui-ci. 4. Procédé de détermination du signal de pression d'hG- lice à partir d'un signal mixte d'hélice/échappement de cylin- des mesuré en vol sur un avion à hélice au moyen d'un micro- phone (M1) disposé sur l'avion, procédé o on enregistre une succession desdits signaux mixtes reçus par le microphone, caractérisé en ce que l'on mesure les signaux d'échappement émis par les cylindres individuels au voisinage du débouché du tuyau d'échappement du moteur et l'on enregistre ces si-C gnaux d'échappement de cylindres en synchronisme avec lesdits signaux mixtes et, pour déterminer quantitativement le signal d'hélice, on ajuste lesdits signaux d'échappement de cylindres en phase et amplitude correctes, on amène en coïncidence dans les flancs semblables desdits signaux mixtes et signaux d' échappement de cylindres et l'on soustrait lesdits signaux d' échappement de cylindres desdits signaux mixtes. 5. Appareil de détermination du signal de pression d'hé- lice à partir d'un signal mixte d'hélice/échappement de cylin- dres sur un avion à hélice équipé d'un moteur à combustion interne à quatre temps, appareil comportant un premier micro- phone (M1) monté sur l'avion derrière le plan de rotation de l'hélice, et à proximité de celui-ci, pour recevoir des si- gnaux mixtes d'hélice/échappement de cylindres, caractérisé en ce qu'il comprend un second microphone (M2) placé au voisi- nage du débouché du tuyau d'échappement du moteur pour rece- voir des signaux d'échappement émis par les cylindres indivi- duels du moteur; des moyens pour enregistrer en synchronisme les signaux reçus des premier et second microphones; des moyens pour ajuster au moins lesdits signaux d'échappement de cylindres en phase et amplitude correctes; des moyens pour amener en coincidence les flancs semblables desdits signaux mixtes et signaux d'échappement de cylindres et des moyens pour soustraire lesdits signaux d'échappement desdits signaux mixtes, et ce faisant déterminer le signal pur d'hélice. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens utilisés pour amener en coincidence les flancs semblables desdits signaux mixtes et signaux d'échap- pement de cylindres est un analyseur de transformation de Fourier à deux voies.