Brevet FR2925595A1 — publié le 20090626

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne la surveillance de moteurs d'aéronef et plus particulièrement de moteurs d'aéronef à turbines à gaz. Il existe aujourd'hui des systèmes permettant de collecter à différents instants des paramètres représentatifs des performances d'un moteur d'un aéronef en vol. Ces paramètres sont par exemple la consommation de carburant, la vitesse de rotation du corps haute pression, etc. Ils sont ensuite transmis, via par exemple une liaison VHF ou satellite, à un dispositif au sol en charge de les analyser. Les analyses menées au sol sont relativement complexes, du fait notamment du nombre important de données récoltées à traiter. Par ailleurs elles nécessitent souvent l'intervention d'au moins une personne, ce qui les rend vulnérables aux erreurs humaines de saisie, d'interprétation, etc. Par conséquent, il existe un besoin d'un procédé (et d'un système) simple et fiable permettant d'exploiter des données obtenues en vol et représentatives du fonctionnement d'un moteur d'un aéronef, et ce afin notamment de faciliter la maintenance des moteurs. Objet et résumé de l'invention Selon un premier aspect, la présente invention propose à cet effet un procédé de caractérisation et de comptage de dépassements d'un seuil par un paramètre de fonctionnement d'un moteur d'aéronef, ce procédé comprenant : û une étape de détection par l'aéronef d'un dépassement du seuil par le paramètre au cours du fonctionnement du moteur ; sur détection de ce dépassement, une étape de transmission automatique par l'aéronef à un système au sol d'un message d'alerte relatif au dépassement ; à partir de ce message, une étape de détermination automatique d'un niveau de sévérité du dépassement ; une étape d'incrémentation d'un compteur représentatif du nombre de fois où le paramètre de fonctionnement du moteur a connu un dépassement correspondant à ce niveau de sévérité. L'invention propose ainsi un procédé de surveillance simple d'un moteur d'aéronef. Ce procédé permet de caractériser le niveau de sévérité d'un dépassement d'un seuil (d'alerte) observé par un paramètre, afin notamment de comptabiliser le nombre de dépassements détectés correspondant à ce niveau de sévérité. Le procédé selon l'invention ne traite avantageusement que les messages d'alerte associés à un dépassement de seuil par un paramètre de fonctionnement du moteur. De cette sorte, le nombre de données analysées par le procédé selon l'invention est relativement limité. L'analyse des valeurs des compteurs ainsi obtenus pour différents niveaux de sévérité peut permettre en aval à l'exploitant de l'aéronef d'adapter les opérations de maintenance à mettre en oeuvre sur le moteur. Par ailleurs, ce procédé est entièrement automatisé. Les risques d'erreurs d'interprétation ou de comptabilisation sont ainsi écartés, ce qui en fait un procédé de surveillance du moteur fiable et robuste. Le procédé selon l'invention peut s'appliquer à la caractérisation et au comptage de dépassements de seuils de divers paramètres de fonctionnement d'un moteur. En particulier, le procédé selon l'invention s'applique de façon privilégiée mais non limitative à la surveillance de la température des gaz en sortie de la chambre de combustion du moteur de l'aéronef, aussi communément appelée EGT (Exhaust Gaz Temperature). Ce paramètre est très important car il conditionne le potentiel de durée de vie d'un moteur d'aéronef en fonctionnement. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, le message d'alerte transmis au système au sol est associé à une phase de vol de l'aéronef et comporte au moins une valeur prise par le paramètre de fonctionnement lors du dépassement ainsi que la durée du dépassement. Au sens de l'invention, la valeur prise par le paramètre de fonctionnement lors du dépassement comprise dans le message d'alerte peut être de différentes natures. Ainsi, il peut s'agir par exemple de la valeur maximale de la température mesurée sur la durée du dépassement. En variante, il peut s'agir d'une valeur moyenne de la température évaluée sur la durée du dépassement. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, au cours de l'étape de détermination automatique du niveau de sévérité du dépassement : ù on sélectionne un diagramme correspondant au moteur et à la phase en vol de l'aéronef et associé au paramètre de fonctionnement en dépassement, ce diagramme représentant en fonction des valeurs prises par le paramètre et des durées pendant lesquelles le paramètre prend ces valeurs, une pluralité de zones géométriques de sévérité, chaque zone géométrique de sévérité correspondant à un niveau de sévérité distinct ; et on identifie sur le diagramme à quelle zone de sévérité appartient le point dont les coordonnées sont données par la valeur et la durée contenues dans le message d'alerte. Selon un deuxième aspect, l'invention vise également un système de caractérisation et de comptage de dépassements d'un seuil par un paramètre de fonctionnement d'un moteur d'aéronef à partir d'au moins un message d'alerte relatif à un tel dépassement transmis automatiquement par l'aéronef, ce système comprenant : ù des moyens pour déterminer automatiquement, sur réception du message d'alerte, un niveau de sévérité du dépassement ; et ù des moyens pour incrémenter un compteur représentatif du nombre de fois où le paramètre de fonctionnement du moteur a connu un dépassement correspondant au niveau de sévérité. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, les moyens 25 pour déterminer automatiquement le niveau de sévérité du dépassement comportent : ù des moyens pour sélectionner un diagramme correspondant au moteur et à la phase en vol de l'aéronef et associé au paramètre de fonctionnement en dépassement, ce diagramme représentant en 30 fonction des valeurs prises par le paramètre et des durées pendant lesquelles le paramètre prend ces valeurs, une pluralité de zones géométriques de sévérité, chaque zone géométrique de sévérité correspondant à un niveau de sévérité distinct ; et ù des moyens pour identifier sur le diagramme à quelle zone de sévérité 35 appartient le point dont les coordonnées sont données par la valeur et la durée contenues dans le message d'alerte pour le paramètre en dépassement. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : ù la figure 1 représente, sous la forme d'un organigramme, les principales étapes d'un procédé de caractérisation et de comptage de dépassements d'un seuil par un paramètre de fonctionnement d'un moteur d'aéronef, conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ; ù la figure 2 représente, schématiquement, un exemple d'un diagramme de sévérité pouvant être utilisé pour déterminer le niveau de sévérité d'un dépassement observé par le paramètre EGT ; ù la figure 3 représente, sous la forme d'un organigramme, les principales étapes pouvant être mises en oeuvre pour identifier la zone de sévérité à laquelle appartient un point P sur un diagramme de sévérité, dans un mode particulier de réalisation de l'invention ; et û la figure 4 représente un exemple de polygone O(C) connexe associé à la zone de sévérité C pouvant être considéré au cours de l'étape de détermination du niveau de sévérité d'un dépassement du procédé selon l'invention, dans un mode particulier de réalisation. Description détaillée d'un mode de réalisation Dans l'exemple décrit ici, on envisage la caractérisation et le 30 comptage de dépassements d'un seuil par un paramètre de fonctionnement d'un moteur à turbine à gaz équipant un avion. L'invention est toutefois applicable à d'autres types d'aéronefs, tels un hélicoptère, etc. Le paramètre de fonctionnement considéré ici est la 35 température des gaz en sortie de la chambre de combustion du moteur (ci-après désignée par � température EGT �, Exhaust Gaz Temperature). Cet exemple n'est cependant en aucun cas limitatif. L'invention peut en effet s'appliquer à la caractérisation et au comptage de dépassements d'un seuil par d'autres paramètres, tels que par exemple, une pression d'huile. On se référera tout d'abord à la figure 1 qui représente les principales étapes E10 à [100 d'un mode particulier de réalisation du procédé selon l'invention. Sur cette figure, les étapes E10 et E20 sont mises en oeuvre par des moyens adéquats équipant l'avion, tandis que les étapes E30 à [100 sont réalisées par un système au sol de caractérisation et de comptage de dépassements d'un seuil par un paramètre de fonctionnement d'un moteur d'aéronef conforme à l'invention (et ci-après désigné par � système au sol �). Selon une première étape du procédé (étape [10), un dépassement d'un seuil d'alerte par la température EGT du moteur est 15 détecté par l'avion au cours d'une phase de vol (p. Pour détecter un tel dépassement, une mesure de la température EGT est tout d'abord réalisée à l'aide de capteurs localisés dans le moteur de l'avion. De tels capteurs, bien connus en soi, permettent de mesurer en continu ou périodiquement la température EGT. 20 La mesure ainsi obtenue est ensuite mémorisée et analysée par un logiciel d'analyse, doté d'un comparateur, et adapté à comparer en temps réel cette mesure avec un seuil d'alerte S(p. Lorsqu'un dépassement du seuil S(p est détecté, le logiciel d'analyse permet également de déterminer la durée d du dépassement ainsi que la valeur maximale Tmax 25 atteinte par la température EGT lors du dépassement. Dans l'exemple décrit ici, le seuil S(p correspond à un seuil représentatif d'un fonctionnement supposé anormal du moteur. En pratique, ce seuil S, varie en fonction de la phase du vol (p de l'avion, chaque phase de vol (p étant associée à un régime de fonctionnement du 30 moteur (ex : � régime nominal �, � pleins gaz � ou � ralenti �). Ainsi, notamment, le seuil S(p considéré sera plus élevé lors du décollage de l'avion (régime � pleins gaz �) que lorsque celui-ci aura atteint sa vitesse de croisière (régime � nominal �). Suite à la détection du dépassement du seuil S(p par la 35 température EGT du moteur, l'avion envoie automatiquement un message M d'alerte au système au sol (étape [20). A cette fin, l'avion est équipé d'un système de transmission lui permettant de transmettre en temps réel des informations au système au sol. Ce système de transmission est par exemple un système ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System) utilisant des liaisons HF, VHF ou satellite. De façon connue, les messages transmis via le système ACARS sont reçus par une station au sol adaptée à recevoir de tels messages (récepteur équipé d'une antenne et d'un décodeur adéquats) et à les router vers le système au sol. Dans l'exemple décrit ici, le message d'alerte M envoyé par 10 l'avion au système au sol comporte au moins les informations suivantes : ù l'immatriculation I de l'avion ; ù la position du moteur (par exemple, � aile gauche � ou � aile droite �) pour lequel le paramètre EGT est en dépassement ; ù la phase (p du vol ; 15 ù la valeur de température maximale Tmax atteinte lors du dépassement (ex :Tmax = 970°C) ; et ù la durée d du dépassement (ex : d=4 min). Ce message d'alerte M est reçu au cours d'une étape E30 par le système au sol. Le système au sol est un système de traitement de 20 données, constitué d'un ou de plusieurs ordinateurs, et comportant à ce titre, au moins une mémoire vive, une mémoire morte, un processeur et des moyens pour communiquer (ex. une carte réseau) sur un réseau de télécommunication (ex. Internet) avec d'autres dispositifs connectés à ce réseau. 25 Le système au sol extrait alors du message M les informations (p, Tmax, d, I ainsi que la position du moteur présentant une anomalie (étape [40). L'extraction de ces informations, ainsi que les traitements ultérieurs réalisés à partir de ces informations, peuvent se faire dès réception du message M ou en variante, ultérieurement, suite à la 30 réception d'un nombre prédéterminé de messages d'alerte ou à la fin du vol. L'immatriculation I de l'avion ainsi que la position du moteur extraites du message M, permettent d'obtenir une référence R pour le moteur présentant une anomalie (par exemple un numéro de série du 35 moteur). A cette fin, le système au sol utilise un outil de gestion de flotte connu de l'homme du métier, dans lequel à chaque moteur de l'avion immatriculé I (moteur identifié par sa position dans l'outil de gestion) est associé le numéro de série du moteur. Les informations R, cf), Tmax et d, sont ensuite utilisées pour déterminer de façon automatique le niveau de sévérité N du dépassement 5 signalé dans le message M (étape E50). Dans l'exemple décrit ici, à cette fin, on utilise un diagramme de sévérité du moteur associé à la température EGT. Un tel diagramme, connu de l'homme du métier, est généralement livré avec le moteur. Il dépend de la phase du vol et du type de moteur considérés. 10 Un exemple de diagramme de sévérité associé à la température EGT d'un moteur est représenté sur la figure 2. Sur ce diagramme, figurent le seuil d'alerte S(p et une pluralité de zones géométriques de sévérité A, B et C définies à partir du seuil S(p et représentées en fonction des valeurs prises par la température EGT et des 15 durées pendant lesquelles la température EGT prend ces valeurs. Les zones géométriques de sévérité sont représentatives du niveau de sévérité des dépassements de la température EGT que rencontre le moteur. A chaque zone de sévérité est associé un niveau de sévérité distinct. Par exemple, sur la figure 2 : 20 ù un dépassement correspondant à une valeur maximale Täa), = 960°C et une durée dl =lminet appartenant à la zone géométrique A, est associé à un niveau de sévérité NA (ex : NA= � anormal �) ; ù un dépassement correspondant à une valeur maximale TmaX = 970°C et une durée d' =1min et appartenant à la zone géométrique B, est 25 associé à un niveau de sévérité NB (ex : NB = � détérioration �) ; ù un dépassement correspondant à une valeur maximale TmaX = 970°C et une durée d3 = 4min et appartenant à la zone géométrique C, est associé à un niveau de sévérité NC (ex : NC = � surtempérature �). Ainsi, au cours de l'étape E50 de détermination du niveau de 30 sévérité, on sélectionne tout d'abord, à l'aide de la référence R du moteur de l'avion et de la phase (p du vol contenues dans le message M, un diagramme DR,,p(EGT) de sévérité associé à la température EGT. Pour cela, on interroge par exemple une base de diagrammes de sévérité associés à la température EGT, à l'aide des paramètres R et (p, selon des moyens 35 d'interrogation d'une base de données connus de l'homme du métier. Le diagramme de sévérité peut être par exemple mémorisé dans une base de la mémoire morte du système au sol, ou encore obtenu en interrogeant un serveur distant. On détermine ensuite, automatiquement et à l'aide du diagramme DRe(EGT), le niveau de sévérité N du dépassement signalé dans le message d'alerte M. Pour cela, on identifie, au cours des étapes E501 à E504 représentées sur la figure 3 et décrites ultérieurement, la zone de sévérité (A, B ou C) du diagramme DRe(EGT) dans laquelle se trouve le point P dont les coordonnées sont données respectivement par la durée d et la valeur maximale Tmax contenues dans le message d'alerte M. A partir de la zone ainsi identifiée, on en déduit le niveau de sévérité N associé. Dans l'exemple de la figure 2, le point P a pour coordonnées (x=4,y=970) et se trouve dans la zone de sévérité C associée au niveau de sévérité NC. Le niveau de sévérité N ainsi déterminé, on incrémente de 1 un compteur CN représentatif du nombre de fois où la température EGT du moteur a connu un dépassement du seuil S(p correspondant au niveau de sévérité N (étape [60). Ainsi, dans l'exemple de la figure 2, le compteur CN,c associé à la zone de sévérité C est incrémenté de 1. Dans le mode de réalisation décrit ici, on compare ensuite la valeur du compteur CN avec un seuil prédéterminé H(N) associé au niveau de sévérité N (étape [70). Le seuil H(N) définit le nombre de dépassements de sévérité N autorisés pour la température EGT avant que le moteur ne doive faire l'objet d'une opération de maintenance. Cette opération de maintenance peut notamment dépendre du niveau de sévérité N. En variante, le seuil H(N) est le même pour tous les niveaux de sévérité. Si la valeur du compteur CN est supérieure au seuil H(N), alors un message est envoyé par le système au sol à un serveur d'un exploitant de l'avion (ex. compagnie aérienne), afin de lui signaler que le seuil H(N) a été franchi par le compteur CN (étape E80). Ce message est envoyé par exemple par l'intermédiaire des moyens de communication du système au sol via le réseau Internet. Suite à la réception de ce message, une opération de 35 maintenance sur le moteur de l'avion est commandée par l'exploitant de l'avion. A la suite de cette opération, le compteur CN est réinitialisé à zéro par le système au sol. Si au cours de l'étape [70, on détermine que la valeur du compteur CN est inférieure ou égale au seuil H(N), le système au sol mémorise la valeur du compteur CN (étape [100) et se place en attente d'un nouveau message d'alerte. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le système au sol peut également envoyer périodiquement à l'exploitant de l'avion la valeur des compteurs associés à chaque moteur de l'avion. Ceci permet à l'exploitant de l'avion de recevoir un rapport périodique sur l'état de son avion. Nous allons maintenant décrire, en référence aux figures 3 et 4, une succession d'étapes [501 à E504 pouvant être mises en oeuvre pour déterminer la zone de sévérité dans laquelle se trouve le point P. En variante, d'autres procédés permettant d'identifier l'appartenance d'un point à une zone géographique (ou à une surface) peuvent être utilisés. Les étapes [501 à E504 décrites ci-après sont reproduites pour chaque zone de sévérité Z du diagramme (Z=A, B ou C ici), jusqu'à identifier la zone de sévérité dans laquelle se trouve le point P. On définit tout d'abord, pour la zone de sévérité Z considérée, un polygone O(Z) connexe (étape [501). Ce polygone O(Z) comporte Q sommets Si, i=1..Q. Le polygone O(Z) est constitué par la zone de sévérité Z lorsque celle-ci est fermée (ex. zones A et B sur la figure 2). Lorsque la zone de sévérité Z n'est pas fermée (ex. zone C), le polygone O(Z) pourra être défini à partir de la zone de sévérité Z que l'on aura fermée au niveau des valeurs limites des axes du diagramme (pour la zone C représentée sur la figure 2, ces valeurs limites correspondent à Temps = 5 min et EGT = 990°C). Un exemple d'un polygone O(Z=C) pour la zone de sévérité C est représenté en hachuré sur la figure 4. On détermine ensuite si le point P appartient au polygone O(Z) ainsi défini (étape E502). Pour cela : a) On identifie l'ensemble E des indices i, i=1,..Q, des sommets Si du polygone O(Z), vérifiant les deux conditions suivantes : z 0 0 (2) dans un repère orthonormé (Oxyz) orienté dans le sens direct (ou sens trigonométrique). Dans ce repère, les axes (0x) et (0y) sont définis par les axes du diagramme et l'axe (Oz) est orthogonal au plan du diagramme, comme représenté sur la figure 4. Les notations . et A désignent respectivement le produit scalaire et le produit vectoriel de deux vecteurs. La notation z(û) désigne la composante du vecteur û selon l'axe (Oz). Les sommets Si et S;+1 sont des sommets adjacents, numérotés dans le sens direct (cf. figure 4). b) On détermine ensuite si, pour au moins un indice j de l'ensemble E, il existe un indice k tel que les triangles PSiSi+I, PSj+ lSk et PSkSj sont des triangles directs. c) Le cas échéant, le point P se trouve dans le polygone O(Z). Si, au cours de l'étape E502 c), on détermine que le point P ne se trouve pas dans le polygone O(Z), alors les étapes E501 et E502 sont reprises pour une nouvelle zone de sévérité (déterminée à l'étape E504) jusqu'à identifier la zone de sévérité dans laquelle se trouve le point P (ou de façon équivalente ici, jusqu'à identifier le polygone dans lequel le point P se trouve). Bien entendu, pour un diagramme de sévérité comprenant L zones de sévérité, si au cours de L-1 étapes E502 successives on détermine que le point P n'appartient à aucune des zones testées, alors il n'est pas nécessaire de tester la dernière zone (puisque le point appartiendra nécessairement par déduction à celle-ci). REVENDICATIONS 1. Procédé de caractérisation et de comptage de dépassements d'un seuil (S(p) par un paramètre de fonctionnement d'un moteur 5 d'aéronef, ledit procédé comprenant : ù une étape de détection (E10) par l'aéronef d'un dépassement du seuil par le paramètre au cours du fonctionnement dudit moteur ; ù sur détection de ce dépassement, une étape de transmission (E20) automatique par l'aéronef à un système au sol d'un message d'alerte 10 (M) relatif au dépassement ; ù à partir de ce message (E40), une étape de détermination automatique (E50) d'un niveau de sévérité du dépassement ; et ù une étape d'incrémentation (E60) d'un compteur représentatif du nombre de fois où le paramètre de fonctionnement du moteur a connu 15 un dépassement correspondant à ce niveau de sévérité. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le message d'alerte (M) transmis au système au sol est associé à une phase de vol de l'aéronef et comporte au moins une valeur prise par le paramètre lors du 20 dépassement et la durée du dépassement. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel au cours de ladite étape de détermination automatique (E50) du niveau de sévérité du dépassement : 25 on sélectionne un diagramme (DRe(EGT)) correspondant au moteur et à la phase en vol de l'aéronef et associé au paramètre de fonctionnement en dépassement, ce diagramme représentant en fonction des valeurs prises par le paramètre et des durées pendant lesquelles le paramètre prend ces valeurs, une pluralité de zones 30 géométriques de sévérité (A,B,C), chaque zone géométrique de sévérité correspondant à un niveau de sévérité distinct ; et on identifie sur le diagramme à quelle zone de sévérité (C) appartient le point (P) dont les coordonnées sont données par la valeur et la durée contenues dans le message d'alerte (M). 35 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel le paramètre de fonctionnement détecté est la température des gaz en sortie de la chambre de combustion du moteur de l'aéronef. 5. Système de caractérisation et de comptage de dépassements d'un seuil (S(p) par un paramètre de fonctionnement d'un moteur d'aéronef à partir d'au moins un message d'alerte (M) relatif à un tel dépassement transmis automatiquement par l'aéronef, ledit système comprenant : ù des moyens pour déterminer automatiquement, sur réception du message d'alerte (M), un niveau de sévérité du dépassement ; et ù des moyens pour incrémenter un compteur représentatif du nombre de fois où le paramètre de fonctionnement du moteur a connu un dépassement correspondant au niveau de sévérité. 6. Système selon la revendication 5 dans lequel le message d'alerte (M) est associé à une phase de vol de l'aéronef et comporte au moins une valeur prise par le paramètre lors du dépassement et la durée du dépassement. 7. Système selon la revendication 6 dans lequel les moyens pour déterminer automatiquement le niveau de sévérité du dépassement comportent : ù des moyens pour sélectionner un diagramme (DR,eGT)) correspondant au moteur et à la phase en vol de l'aéronef et associé au paramètre de fonctionnement en dépassement, ce diagramme représentant en fonction des valeurs prises par le paramètre et des durées pendant lesquelles le paramètre prend ces valeurs, une pluralité de zones géométriques de sévérité (A,B,C), chaque zone géométrique de sévérité correspondant à un niveau de sévérité distinct ; et ù des moyens pour identifier sur le diagramme à quelle zone de sévérité (C) appartient le point (P) dont les coordonnées sont données par la valeur et la durée contenues dans le message d'alerte (M) pour le paramètre en dépassement. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 dans lequel le paramètre de fonctionnement détecté est la température des gaz en sortie de la chambre de combustion du moteur de l'aéronef.