Brevet FR2710026A1 — publié le 19950324

La présente invention concerne un dispositif de surveillance du système propulsif d'un aéronef, par exemple d'un avion ou d'un hélicoptère. Par système propulsif, on entend dans le cadre de la présente invention un ou plusieurs sous-systèmes propulsifs, chacun de ces sous-systèmes propulsifs compor- tant un moteur avec tous ses organes mobiles et ses systèmes de contrôle, une entrée d'air avec ses dispositifs d'adapta- tion, et une tuyère incluant éventuellement la réversion de poussée avec les dispositifs de commande, de réglage et de contrôle associés. Dans le cas d'un turbomoteur, chacun de ces sous-systèmes propulsifs comporte, de plus, des disposi- tifs de réglage et de régulation de l'hélice, du rotor ou du "propfan" que ce turbomoteur entraîne. Ce système propulsif est extrêmement complexe, rendant ainsi très difficile, à l'équipage qui le contrôle, l'observation et la synthèse de toutes les informations disponibles le concernant. L'analyse d'accidents ou d'incidents survenus en service montre qu'il existe un nombre significatif de cas o l'équipage commet une erreur notable d'appréciation sur l'état réel du système propulsif de l'aéronef, par suite d'une mauvaise interprétation des informations reçues. On sait que, pour piloter le système propulsif d'un aéronef, l'équipage a besoin d'un certain nombre d'informations, généralement obtenues par l'intermédiaire de capteurs destinés à contrôler certains éléments importants dudit système propulsif. L'équipage a ainsi connaissance de paramètres primaires, comme par exemple la température EGT et les vitesses N1 et N2 des rotors, et de paramètres secondaires, comme par exemple le niveau des vibrations associées aux vitesses N1 et N2, la temperature des nacel- les, la pression ou le carburant consommé. Par exemple, sur les avions modernes, ces informations sont disponibles sur les images présentées sur écran cathodique du type EWD et SD ("Engine and Warning Display", "System Display"). On sait aussi que des dispositifs d'alarme sont associés à certains de ces capteurs, permettant de prévenir l'équipage d'un niveau anormal des valeurs des paramètres contrôlés par ces capteurs. Toutefois, ces dispositifs d'alarme n'existent que pour un nombre très limité de capteurs et ils ne permettent que la surveillance de certains éléments particuliers, et non une surveillance globale de tout le système propulsif. Il n'existe pas de dispositif de surveillance globale, embarqué, du système propulsif d'un aéronef. Par ailleurs, les divers paramètres mesurés sont générale- ment redondants, à la fois au niveau d'un même paramètre, mais aussi et surtout par des recoupements possibles entre paramètres, par exemple entre les régimes de rotation des divers mobiles, le débit de carburant, certaines pressions caractéristiques, la position des organes mobiles, etc... Des recoupements sont donc généralement possibles. Cepen- dant, ils ne sont pas pour autant faciles pour l'équipage, surtout dans des conditions opérationnelles, o le temps de décision est limité et o l'équipage est soumis à de nom- breuses sollicitations et contraintes. La présente invention a pour objet de remédier à l'absence de surveillance globale du système propulsif et de facili- ter, à l'équipage, la synthèse de la multitude d'informa- tions variées disponibles concernant ledit système propul- sif. On remarquera qu'il existe déjà des dispositifs de surveil- lance du système propulsif, au niveau des matériels de maintenance des aéronefs. Ces dispositifs permettent, à partir de modèles très complexes du système propulsif, de prévoir les dégradations dudit système en observant, en temps différé, certains paramètres enregistrés durant plusieurs vols. Les informa- tions obtenues à partir de ces dispositifs ne sont, toute- fois, pas immédiatement disponibles et ne sont donc pas accessibles à l'équipage durant le vol. Par ailleurs, il existe des modèles de fonctionnement du moteur utilisés par les motoristes pour connaître, avec précision, le comportement et les performances du moteur. Pourtant, ces modèles extrêmement complexes ne peuvent être embarqués à bord d'un aéronef et les informations fournies ne sont exploitées qu'en temps différé. La présente invention a donc plus particulièrement pour objet de fournir un dispositif de surveillance globale du système propulsif, qui peut être embarqué à bord d'un aéronef et dont les informations fournies sont directement disponibles à l'équipage. On notera que l'objet de l'inven- tion n'est pas de remplacer les diagnostics fins destinés à la maintenance ou à la prévention à moyen terme d'incidents sérieux, mais d'éviter à l'équipage de faire une erreur d'appréciation sur l'état réel du système propulsif, de nature à mettre la sécurité en danger à court terme. A cette fin, selon l'invention, le dispositif de surveil- lance du système propulsif d'un aéronef, comportant un ensemble de capteurs délivrant des informations concernant ledit système propulsif, est remarquable en ce qu'il compor- te: - un ensemble de calculateurs périphériques mettant chacun en oeuvre un modèle mathématique représentatif d'un sous-système dudit système propulsif; et - un calculateur principal, qui est relié audit ensemble de capteurs et audit ensemble de calculateurs périphériques, qui coordonne les calculs desdits calculateurs périphéri- ques, qui vérifie, d'une part, la compatibilité entre elles des informations délivrées par lesdits capteurs et, d'autre part, la compatibilité entre lesdites informations délivrées par lesdits capteurs et les résultats fournis par lesdits calculateurs périphériques, et qui signale toute incompatibilité détectée. Ainsi, ledit dispositif de surveillance, en vérifiant la compatibilité entre les informations disponibles et lesdits modèles mathématiques, fait la synthèse de toutes ces informations, détecte les éventuelles incohérences et peut alors, soit diagnostiquer un fonctionnement anormal d'un capteur lorsque les informations fournies par différents capteurs sont incompatibles entre elles, soit diagnostiquer une conduite incorrecte ou un comportement anormal du système propulsif lorsque les informations fournies par les capteurs sont incompatibles avec les résultats des calculs. A partir de cette synthèse, l'équipage peut se faire une représentation mentale exacte de l'état réel du système propulsif, réduisant ainsi considérablement les risques d'accident. A titre d'exemple, la conduite de certains réacteurs fait appel à diverses mesures de pression dans l'entrée d'air, ainsi qu'à un quotient de telles mesures appelé "EPR". Si, pour une raison quelconque (givrage, ingestion d'un corps étranger, déformation structurale par suite d'un choc, etc...), cette mesure est erronée, l'équipage peut afficher une valeur apparemment correcte, mais en fait fausse, et régler son moteur d'une manière telle qu'il ne délivre pas30 la poussée voulue. Le dispositif, objet de l'invention, détectera par exemple que l'ensemble des mesures (quotient EPR, débit de carburant, régimes des mobiles, température au niveau des turbines, etc...) n'est pas cohérent et que c'est le quotient EPR qui est incorrect. Ceci permettra à l'équipage d'interrompre son décollage si l'incident se produit pendant cette phase ou de modifier le régime de fonctionnement de son moteur à l'aide de paramètres secon- daires dans le cas contraire. Un test de cohérence analogue est possible sur un avion à turbomoteur entraînant une hélice. La puissance délivrée est généralement connue à partir de la mesure du couple transmis et de la vitesse de rotation de l'hélice. Elle peut égale- ment être déduite des paramètres internes de fonctionnement du turbomoteur. Une incohérence significative permet, par exemple, d'incriminer le fonctionnement du moteur ou le fonctionnement de l'hélice. Sur un avion supersonique, dont l'entrée d'air et la tuyère, nécessairement complexes, possèdent des systèmes appropriés de régulation, le même genre de vérifications de cohérence est possible. De façon avantageuse, lesdits calculateurs périphériques sont regroupés en un unique système de calcul périphérique mettant en oeuvre un modèle mathématique global dudit système propulsif. On notera que le motoriste dispose d'un modèle mathématique de son moteur. Il en est de même de l'hélicier pour son hélice, du concepteur de l'entrée d'air pour celle-ci. Ces modèles partiels sont donc disponibles pour permettre l'élaboration d'un modèle global du système propulsif de l'aéronef. Lesdits calculateurs utilisés peuvent être analogiques ou numériques. Ils peuvent être programmés séquentiellement ou par les techniques de l'intelligence artificielle. Par ailleurs, lesdits calculateurs sont, soit indépendants, soit intégrés dans d'autres calculateurs existant déjà à bord de l'aéronef. De préférence, ils sont toutefois indé- pendants des calculateurs chargés d'assurer le contrôle du système propulsif, de façon à inclure ces derniers dans la surveillance globale. Ledit calculateur principal fournit donc à sa sortie des signaux représentatifs de l'incompatibilité détectée, lesdits signaux pouvant être utilisés à des fins de visuali- sation ou être transmis à d'autres dispositifs ou calcula- teurs susceptibles de les exploiter. Comme, par le dispositif de surveillance conforme à l'inven- tion, le paramètre dont la valeur ne correspond pas à celle d'un fonctionnement normal peut être déterminé, il peut être15 porté directement à la connaissance des opérateurs si cela a été jugé nécessaire au moment de la réalisation du disposi- tif ou ne pas l'être si cela n'a pas été jugé nécessaire. On peut également envisager d'isoler ce paramètre si les redondances le permettent ou même de continuer à le prendre20 en considération dans les opérations ultérieures. Toutefois, en général, le dispositif de surveillance selon l'invention détermine en premier lieu si le paramètre dont la valeur ne correspond pas à celle d'un fonctionnement normal ne révèle pas, en réalisant à ce moment là les tests appropriés, la25 défaillance d'un capteur et non une anomalie de fonctionne- ment. Les opérateurs sont alors ou non informés du résultat de ces tests selon le niveau du danger qui peut être estimé dans cette situation. Dans le cas o un capteur a été déterminé défectueux, le dispositif de surveillance selon30 l'invention peut ignorer dorénavant les informations qu'il transmet ou reconstituer, à partir des autres informations disponibles, l'information manquante. Par ailleurs, on peut envisager, dans le but de perfec- tionner le dispositif selon l'invention, de préciser aux opérateurs les rectifications à apporter ou les démarches à suivre pour corriger le plus rapidement et le plus efficace- ment possible une anomalie détectée. L'unique figure du dessin annexé représente le schéma synoptique d'un dispositif de surveillance du système propulsif conforme à l'invention. Elle permet de faire bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Le dispositif de surveillance du système propulsif, conforme à l'invention et représenté sur l'unique figure du dessin, comporte un ensemble de capteurs C1 à Cn, un calculateur principal CAL et un système de calcul périphérique SC constitué d'un ensemble de calculateurs périphériques M1 à Mp. Lesdits capteurs C1 à Cn détectent des paramètres caracté- ristiques du fonctionnement du système propulsif. Par exemple, pour le moteur, il peut s'agir des régimes des20 mobiles, des températures et pressions caractéristiques, du débit de carburant ou de la position d'organes mobiles. Pour une hélice ou un "propfan", on peut, par exemple, retenir le régime d'hélice, le couple transmis, le pas, ainsi que les différences de pression de part et d'autre du disque. Pour25 une entrée d'air, il peut s'agir, en particulier, de la position d'organes mobiles ou de pressions caractéristiques. On peut, de plus, y ajouter quelques mesures générales telles que l'altitude, le nombre de Mach de vol ou la température totale. Lesdits capteurs Cl à Cn sont le plus souvent des capteurs existant à bord. Toutefois, certains capteurs peuvent être agencés spécialement sur le système propulsif afin de délivrer des informations particulières, nécessaires pour la mise en oeuvre de la présente invention. Lesdits calculateurs périphériques M1 à Mp et ledit calcula- teur principal CAL comportent un modèle mathématique du système propulsif, déterminé tel qu'expliqué ci-dessus à partir de modèles partiels fournis, en particulier, par le motoriste et l'hélicier. En fonction de l'objectif poursuivi et du maintien ou non de certains dispositifs d'alarme10 existant déjà à bord, on peut choisir des seuils de détec- tion d'anomalies plus ou moins larges et utiliser par conséquent un modèle mathématique plus ou moins simplifié. Le calculateur CAL, relié audit ensemble de capteurs C1 à Cn et audit ensemble de calculateurs périphériques Ml à Mp,15 vérifie donc la compatibilité entre les informations trans- mises par lesdits capteurs C1 à Cn et ledit modèle mathéma- tique, en tenant évidemment compte des tolérances et des erreurs de mesure. Ledit calculateur CAL délivre à sa sortie S des signaux représentatifs de l'incompatibilité éventuelle détectée, qui peut être affichée, par l'intermédiaire d'une liaison Sl, sur un dispositif d'affichage D, ainsi que d'éventuelles suggestions d'actions correctives, et/ou peut être trans- mise, par l'intermédiaire d'une liaison S2, à d'autres25 dispositifs utilisateurs (non représentés), comme par exemple des voyants d'alarmes ou des générateurs d'alarmes sonores plus efficaces pour alerter les opérateurs que le simple affichage d'un message sur un écran. REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance du système propulsif d'un aéronef, comportant un ensemble de capteurs (Ci,C2,Cn) délivrant des informations concernant ledit système propul- sif, caractérisé en ce qu'il comporte: - un ensemble de calculateurs périphériques (M1,M2,Mp) mettant en oeuvre chacun un modèle mathématique représen- tatif d'un sous-système dudit système propulsif; et - un calculateur principal (CAL), qui est relié audit ensemble de capteurs (C1,C2, Cn) et audit ensemble de calculateurs périphériques (Ml,M2,Mp), qui coordonne les calculs desdits calculateurs périphériques (M1,M2,Mp), qui vérifie, d'une part, la compatibilité entre elles des informations délivrées par lesdits capteurs (Cl,C2,Cn) et, d'autre part, la compatibilité entre lesdites informations délivrées par lesdits capteurs (Cl,C2,Cn) et les résultats fournis par lesdits calculateurs périphériques (Ml,M2,Mp), et qui signale toute incompatibilité détectée. 2. Dispositif de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits calculateurs périphériques (Ml,M2,Mp) sont regroupés en un unique système de calcul périphérique (SC) mettant en oeuvre un modèle mathématique global dudit système propulsif. 3. Dispositif de surveillance selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que certains desdits capteurs sont consti- tués de sources d'informations issues de calculateurs existant à bord de l'aéronef.