Brevet FR2973877A1 — publié le 20121012

Méthode et dispositif de détection acoustique d'un dysfonctionnement d'un moteur à turbine à gaz L'invention concerne le domaine de l'aéronautique et, plus particulièrement, la détection acoustique d'un dysfonctionnement d'un moteur à turbine à gaz monté sur un aéronef. A la manière d'un moteur de véhicule automobile, un moteur à turbine à gaz d'un aéronef émet un bruit caractéristique lorsque survient un dysfonctionnement, par exemple, lorsqu'un engrenage ou un roulement du moteur est endommagé. Le bruit du moteur se compose de manière classique d'ondes acoustiques. En analysant les ondes acoustiques du moteur, on peut identifier la nature du dysfonctionnement ainsi que les éventuels éléments du moteur à réparer (par exemple : l'identité du roulement à remplacer). A titre d'exemple, en référence à la figure 1, un dysfonctionnement DYS du moteur M génère des ondes acoustiques dont le spectre fréquentiel D(f) présente des raies caractéristiques R1, R2, R3 du dysfonctionnement DYS. On connaît dans l'art antérieur des méthodes permettant de détecter un dysfonctionnement du moteur par analyse des ondes acoustiques issues directement du moteur M. Les ondes acoustiques issues directement du moteur M sont désignées par la suite ondes acoustiques brutes S(t). Afin de diminuer les nuisances sonores du moteur M, les ondes acoustiques brutes S(t) sont atténuées par différents dispositifs situés dans le moteur et/ou en sortie du moteur. Parmi les dispositifs connus, les dispositifs de Contrôle Actif du Bruit permettent d'atténuer de manière importante les ondes acoustiques brutes en utilisant des sources de bruit auxiliaires. A titre d'exemple, en référence à la figure 1, un signal acoustique brut S(t) issu d'un moteur M est atténué par un dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 comportant un microphone 21 pour écouter le signal acoustique brut S(t) issu du moteur M et un haut-parleur 22 pour émettre un signal acoustique d'atténuation P(t) de phase opposée. Le signal acoustique d'atténuation P(t) s'additionne avec le signal acoustique brut S(t) issu du moteur M pour former un signal acoustique traité R(t) dont l'amplitude est très faible (voir figure 1). Après traitement acoustique, le bruit du moteur est atténué ce qui rend impossible toute détection d'un dysfonctionnement du moteur par analyse du signal acoustique traité. En effet, les ondes acoustiques caractéristiques d'un dysfonctionnement du moteur sont supprimées par le dispositif de Contrôle Actif du Bruit dans le signal acoustique traité. L'invention vise à permettre une détection acoustique pertinente d'un dysfonctionnement d'un moteur comportant un dispositif de Contrôle Actif du Bruit. A cet effet, l'invention concerne une méthode de détection acoustique d'au moins un dysfonctionnement d'un moteur à turbine à gaz, le moteur générant un signal acoustique temporel brut qui est traité par un dispositif de Contrôle Actif du Bruit de manière à ce qu'un signal acoustique temporel traité soit émis en sortie du moteur, le dispositif de Contrôle Actif du Bruit étant agencé pour traiter le signal acoustique temporel brut issu du moteur sur une plage fréquentielle de fonctionnement déterminée, le moteur comportant un détecteur acoustique agencé pour détecter ledit dysfonctionnement dans le signal acoustique temporel brut issu du moteur, ledit dysfonctionnement étant associé à au moins une bande fréquentielle déterminée, méthode selon laquelle : - le dispositif de Contrôle Actif du Bruit traite le signal acoustique temporel brut issu du moteur sur la plage fréquentielle de fonctionnement déterminée en dehors de la bande fréquentielle déterminée associée au dysfonctionnement, puis - le détecteur acoustique analyse le signal acoustique temporel traité et émet un message de détection de dysfonctionnement le cas échéant. Grâce à la méthode de détection de l'invention, on détecte de manière aisée et simple un dysfonctionnement du moteur dans un signal acoustique traité du moteur. En limitant le champ d'action du dispositif de Contrôle Actif du Bruit en fonction du dysfonctionnement à identifier, on limite les nuisances sonores générées par le moteur sans supprimer les ondes acoustiques caractéristiques du dysfonctionnement. En outre, comme un dysfonctionnement du moteur est un événement rare, les ondes acoustiques caractéristiques du dysfonctionnement ne génèrent que très rarement des nuisances sonores. De préférence encore, le détecteur acoustique est agencé pour comparer l'amplitude de la moyenne quadratique du signal acoustique temporel traité à un seuil d'amplitude prédéterminé associé audit dysfonctionnement. La moyenne quadratique permet d'accentuer les ondes acoustiques caractéristiques du dysfonctionnement ce qui facilite leur identification par le détecteur acoustique. De préférence, la bande fréquentielle déterminée est centrée sur une fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement. Les ondes acoustiques caractéristiques du dysfonctionnement sont ainsi détectées de manière précise. De préférence, la fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement est une fonction du régime du moteur à turbine à gaz. Cela permet avantageusement au dispositif de Contrôle Actif du Bruit de suivre le dysfonctionnement au cours des phases transitoires du moteur. De préférence encore, ledit dysfonctionnement étant associé à au moins deux bandes fréquentielles déterminées, le dispositif de Contrôle Actif du Bruit traite le signal acoustique temporel brut sur la plage fréquentielle de fonctionnement déterminée en dehors des première et deuxième bandes fréquentielles déterminées associées au dysfonctionnement. De manière préférée, les bandes fréquentielles déterminées sont centrées respectivement sur une fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement et sur une harmonique de ladite fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement. En analysant les harmoniques caractéristiques du dysfonctionnement, on améliore la pertinence de la détection du dysfonctionnement. L'invention concerne également une méthode pour la détection acoustique d'au moins deux dysfonctionnements d'un moteur à turbine à gaz, selon laquelle : - les premier et deuxième dysfonctionnements étant respectivement associés à au moins des première et deuxième bandes fréquentielles déterminées, le dispositif de Contrôle Actif du Bruit traite le signal acoustique temporel brut sur la plage fréquentielle de fonctionnement déterminée en dehors des première et deuxième bandes fréquentielles déterminées associées au dysfonctionnement. En définissant les bandes fréquentielles associées aux dysfonctionnements, on détecte de manière aisée et simple les dysfonctionnements du moteur tout en limitant les nuisances sonores. L'invention concerne également un système de détection acoustique d'au moins un dysfonctionnement d'un moteur à turbine à gaz, le système comportant : - un dispositif de Contrôle Actif du Bruit adapté pour traiter un signal acoustique temporel brut issu du moteur sur une plage fréquentielle de fonctionnement déterminée de manière à émettre un signal acoustique temporel traité en sortie du moteur, - un détecteur acoustique agencé pour détecter ledit dysfonctionnement dans le signal acoustique temporel brut issu du moteur, et - des moyens de filtrage, reliés au dispositif de Contrôle Actif du Bruit, agencés pour interdire un traitement du signal acoustique temporel brut par le dispositif de Contrôle Actif du Bruit sur au moins une bande fréquentielle déterminée associée au dysfonctionnement. En limitant le champ d'action du dispositif de Contrôle Actif du Bruit en fonction du dysfonctionnement à identifier, on limite les nuisances sonores générées par le moteur sans supprimer les ondes acoustiques caractéristiques du dysfonctionnement. De préférence, les moyens de filtrage se présentent sous la forme d'un filtre coupe-bandes dont la bande fréquentielle de coupure correspond à la bande fréquentielle déterminée associée audit dysfonctionnement. Un filtre coupe-bandes peut être facilement intégré au dispositif de Contrôle Actif du Bruit. De préférence encore, les moyens de filtrage comportent des moyens de paramétrage de la bande fréquentielle en fonction du régime du moteur à turbine à gaz. Cela permet avantageusement au dispositif de Contrôle Actif du Bruit de suivre le dysfonctionnement au cours des phases transitoires du moteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente schématiquement le traitement d'un signal acoustique brut issu d'un moteur à turbine à gaz par un procédé selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente un diagramme schématique d'un système de détection acoustique d'un dysfonctionnement d'un moteur à turbine à gaz selon l'invention ; - la figure 3 représente la plage fréquentielle de fonctionnement après filtrage d'un dispositif de Contrôle Actif du Bruit du système de détection acoustique de la figure 2 ; - la figure 4 représente schématiquement la relation entre la position des bandes de filtrage et le régime du moteur ; - la figure 5 représente schématiquement le traitement d'un signal acoustique brut issu d'un moteur à turbine à gaz comportant un dysfonctionnement par un procédé selon l'invention ; - la figure 6 représente schématiquement l'étape de détection acoustique d'un dysfonctionnement dans le signal acoustique traité de la figure 5 ; - la figure 7 représente schématiquement le traitement d'un signal acoustique brut issu d'un moteur à turbine à gaz ne comportant pas de dysfonctionnement par un procédé selon l'invention ; et - la figure 8 représente schématiquement l'étape de détection acoustique d'un dysfonctionnement dans le signal acoustique traité de la figure 7. 25 La figure 2 représente schématiquement un système 1 de détection acoustique d'au moins un dysfonctionnement d'un moteur à turbine à gaz (non représenté) pour aéronef. Le système de détection 1 est dans cet exemple embarqué sur le moteur de l'aéronef et est adapté pour traiter un signal acoustique temporel brut S(t) issu directement du moteur afin de déterminer s'il existe des signes avant coureurs d'un dysfonctionnement du moteur. Autrement dit, le système de détection 1 30 permet de diagnostiquer une future panne du moteur en écoutant le bruit issu du moteur. Toujours en référence à la figure 2, le système de détection 1 selon l'invention comporte un dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 adapté pour traiter le signal acoustique brut S(t) sur une plage fréquentielle de fonctionnement Pf qui est déterminée (Figure 3). Comme représenté 35 schématiquement sur la figure 3, la plage de fonctionnement Pf du dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 est comprise classiquement entre 0 et une fréquence fp de l'ordre de 20 kHz. Une telle plage de fonctionnement Pf permet d'atténuer de manière efficace les ondes acoustiques issues du moteur. En référence à la figure 5, le dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 comporte un microphone 21 pour écouter le signal acoustique brut S(t) issu du moteur et un haut-parleur 22 40 pour émettre un signal acoustique d'atténuation Q(t). Après atténuation par le dispositif de Contrôle 10 15 20 Actif du Bruit 2, un signal acoustique traité Z(t), résultant de l'addition du signal acoustique brut S(t) avec le signal acoustique d'atténuation Q(t), est émis par le moteur et le dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2. En référence aux figures 2 et 6, le système de détection 1 selon l'invention comporte en outre un détecteur acoustique 4 agencé pour détecter un dysfonctionnement du moteur dans un signal acoustique temporel. A cet effet, le détecteur acoustique 4 comporte un microphone 41 agencé pour écouter le signal acoustique traité Z(t) émis par le moteur et le dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2. Pour réaliser la détection, le détecteur acoustique 4 compare la moyenne quadratique du signal acoustique temporel à au moins un seuil prédéterminé afin d'identifier un dysfonctionnement. II va de soi que le détecteur acoustique 4 peut mettre en oeuvre d'autres méthodes de détection connues de l'homme du métier. Un tel détecteur acoustique 4 est également agencé pour émettre un message de détection du dysfonctionnement ALARME le cas échéant. Le système de détection 1 selon l'invention est présenté pour détecter un unique dysfonctionnement DYS du moteur qui génère des ondes acoustiques caractéristiques dont le spectre fréquentiel D(f) comporte au moins une raie caractéristique dans une bande fréquentielle Bf prédéterminée. Dans cet exemple, en référence à la figure 5, le dysfonctionnement DYS correspond à un roulement endommagé ou à un engrenage. Comme représenté sur la figure 5, son spectre fréquentiel D(f) comporte une raie fondamentale R1 et deux raies harmoniques R2, R3 qui sont caractéristiques de l'endommagement. Ainsi, pour chaque dysfonctionnement DYS du moteur M, on peut lui associer une ou plusieurs bandes fréquentielles Bf. De préférence, on associe au moins au dysfonctionnement DYS une bande fréquentielle Bf1 centrée sur la raie fondamentale R1 du dysfonctionnement DYS. De manière préférée, pour augmenter la précision de la détection, on associe également au dysfonctionnement DYS des bandes fréquentielles Bf2-Bf3 centrées sur les raies harmoniques R2-R3 du dysfonctionnement DYS comme représenté sur le spectre fréquentiel D(f) de la figure 4. Selon l'invention, en référence à la figure 2, le système de détection 1 comporte des moyens de filtrage 3, ici un filtre coupe-bandes 3. Le filtre coupe-bandes 3 comporte au moins une bande fréquentielle de coupure correspondant à au moins une bande fréquentielle Bf associée au dysfonctionnement DYS. Dans cet exemple, étant donné que le dysfonctionnement DYS est associé à trois bandes fréquentielles Bf1-Bf3, le filtre coupe-bandes 3 comporte trois bandes fréquentielles de coupure correspondant aux bandes fréquentielles Bf1-Bf3 comme représenté sur la figure 3. En référence à la figure 2, le filtre coupe-bandes 3 est relié au dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 de manière à modifier son traitement du signal acoustique brut S(t) issu du moteur. II va de soi que tout type de filtre coupe-bandes 3 peut convenir, par exemple, un filtre numérique ou analogique. Comme représenté sur la figure 3, le filtre coupe-bandes 3 interdit le traitement du signal acoustique brut S(t) par le dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 sur les bandes fréquentielles Bf1-Bf3 de la plage de fonctionnement Pf. Ainsi, le dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 est actif sur la plage de fonctionnement Pf uniquement en dehors des bandes fréquentielles Bfl-Bf3 de manière à ne pas atténuer les ondes acoustiques du signal acoustiques brut S(t) qui sont caractéristiques du dysfonctionnement DYS à identifier. Le domaine d'action du dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 est modifié par l'ajout du filtre coupe-bandes 3 qui n'atténue plus les ondes acoustiques appartenant aux bandes fréquentielles Bfl-Bf3. II en résulte que le haut-parleur 22 du dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2 émet un signal acoustique d'atténuation Q(t) qui n'atténue le signal acoustique S(t) issu du moteur qu'en dehors des bandes fréquentielles Bfl-Bf3 comme représenté sur la figure 5. Le signal acoustique d'atténuation Q(t) est ici en opposition de phase avec le signal acoustique S(t) en dehors des bandes fréquentielles Bfl-Bf3. Comme représenté sur les figures 2 et 5, le signal acoustique d'atténuation Q(t) s'additionne au signal acoustique brut S(t) issu du moteur de manière à former un signal acoustique traité Z(t). Seules les ondes acoustiques du signal acoustique traité Z(t), dont les fréquences appartiennent aux bandes fréquentielles Bfl-Bf3, ne sont pas atténuées. En d'autres termes, seules les ondes acoustiques caractéristiques d'un dysfonctionnement sont susceptibles de générer des nuisances sonores ce qui facilite leur détection par le détecteur acoustique 4. En outre, étant donné qu'un dysfonctionnement du moteur est un phénomène très rare, le signal acoustique traité Z(t) ne génère que très rarement des nuisances sonores. A titre d'exemple, en référence à la figure 6, le signal acoustique traité Z(t), capté par le microphone 41, est analysé par le détecteur acoustique 4 qui calcule la moyenne quadratique (valeur RMS pour « Root Mean Square ») du signal acoustique traité Z(t) et compare cette moyenne à un seuil de référence Sa dont la valeur est déterminée en fonction du dysfonctionnement à identifier. En cas de dépassement du seuil de référence Sa, le détecteur acoustique 4 émet un message de détection ALARME comme représenté sur la figure 6. Le message de détection ALARME peut se présenter sous diverses formes, par exemple, une alerte graphique, lumineuse ou sonore ou un message numérique qui peut être stocké dans une mémoire du système de détection ou traité par un calculateur embarqué sur le moteur ou situé au sol. Grâce à l'invention, on bénéficie d'une détection efficace d'un dysfonctionnement du moteur tout en diminuant les nuisances sonores issues du moteur. De manière similaire, en référence aux figures 7 et 8, lorsque le moteur M ne comporte pas de dysfonctionnement NDYS, le spectre fréquentiel ND(f) ne comporte pas de raies caractéristiques. Après traitement, le signal acoustique traité Z(t) possède une amplitude très faible et est similaire à un signal traité selon l'art antérieur. Au cours de l'étape de détection, le détecteur acoustique 4 calcule la moyenne quadratique du signal acoustique traité Z(t) et compare cette moyenne au seuil de référence Sa. En référence à la figure 8, le seuil de référence Sa n'est pas dépassé et aucun message de détection ALARME n'est émis comme représenté sur la figure 8. II a été présenté précédemment un dysfonctionnement DYS associé à des bandes de fréquences Bfl-Bf3 qui correspondent à la raie fondamentale R1 et aux raies harmoniques R2-R3 du spectre fréquentiel D(f) du dysfonctionnement. II va de soi qu'un dysfonctionnement DYS ne peut être associé qu'à une unique bande fréquentielle, de préférence, centrée sur une raie fondamentale caractéristique de l'endommagement. Pour un dysfonctionnement, par exemple, d'un palier inter-arbre d'un moteur, les raies caractéristiques R1-R3 du dysfonctionnement DYS peuvent être indépendantes du régime moteur selon les caractéristiques géométriques du roulement. Un filtre coupe-bandes 3 avec des bandes fixes de coupure est alors adapté. Par contre, pour un dysfonctionnement, par exemple, d'un engrenage de moteur ou d'un roulement, les raies caractéristiques R1-R3 du dysfonctionnement DYS sont dépendantes du régime moteur comme représenté sur la figure 4 qui représente l'évolution de la raie fondamentale R1 en fonction du régime du moteur. Afin d'assurer une détection du dysfonctionnement à tout régime du moteur, en particulier en phase transitoire, le filtre coupe-bandes 3 comprend des moyens de paramétrage des bandes fréquentielles de coupure Bfl-Bf3 en fonction du régime du moteur M. De préférence, le filtre coupe-bandes 3 comporte une base de données, de préférence une table de correspondance, associant un régime de moteur donné à la raie fondamentale R1 d'un dysfonctionnement donné. En connaissant la raie fondamentale R1 à un régime donné, on en déduit les raies harmoniques R1-R2 associées. L'invention a été présentée précédemment pour la détection de la raie fondamentale et de deux raies harmoniques. II va de soi que seule la raie fondamentale R1 pourrait être détectée ou qu'une ou plusieurs raies harmoniques pourraient être détectées. L'invention a été présentée précédemment pour la détection d'un unique dysfonctionnement du moteur mais il va de soi que l'invention s'applique à la détection de plusieurs dysfonctionnements. Pour détecter plusieurs dysfonctionnements, on identifie les bandes fréquentielles qui sont caractéristiques des dysfonctionnements à détecter puis on associe des filtres coupe-bandes, dont les bandes fréquentielles de coupure correspondent auxdites bandes fréquentielles, sur le dispositif de Contrôle Actif du Bruit 2. En outre, on paramètre le détecteur acoustique 4 avec des seuils de référence associés auxdits dysfonctionnements de manière à ce que le détecteur acoustique 4 identifie de manière précise le dysfonctionnement affectant le moteur.5 REVENDICATIONS1. Méthode de détection acoustique d'au moins un dysfonctionnement (DYS) d'un moteur à turbine à gaz, le moteur générant un signal acoustique temporel brut (S(t)) qui est traité par un dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2) de manière à émettre un signal acoustique temporel traité (Z(t)) en sortie du moteur, le dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2) étant agencé pour traiter le signal acoustique temporel brut (S(t)) issu du moteur sur une plage fréquentielle de fonctionnement déterminée (Pf), le moteur comportant un détecteur acoustique (4) agencé pour détecter ledit dysfonctionnement (DYS) dans le signal acoustique temporel brut (S(t)) issu du moteur, ledit dysfonctionnement (DYS) étant associé à au moins une bande fréquentielle déterminée (Bfl-Bf3), méthode selon laquelle : - le dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2) traite le signal acoustique temporel brut (S(t)) issu du moteur sur la plage fréquentielle de fonctionnement déterminée (Pf) en dehors de la bande fréquentielle déterminée (Bfl-Bf3) associée au dysfonctionnement (DYS), puis - le détecteur acoustique (4) analyse le signal acoustique temporel traité (Z(t)) et émet un message de détection de dysfonctionnement le cas échéant. 2. Méthode de détection selon la revendication 1, selon laquelle le détecteur acoustique (4) est agencé pour comparer l'amplitude de la moyenne quadratique du signal acoustique temporel traité (Z(t)) à un seuil d'amplitude prédéterminé (Sa) associé audit dysfonctionnement (DYS). 3. Méthode de détection selon l'une des revendications 1 à 2, selon laquelle la bande fréquentielle déterminée (Bfl-Bf3) est centrée sur une fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement (DYS). 4. Méthode de détection selon la revendication 3, selon laquelle la fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement (DYS) est une fonction du régime du moteur à turbine à gaz. 5. Méthode de détection selon l'une des revendications 1 à 4, selon laquelle, ledit dysfonctionnement (DYS) étant associé à au moins deux bandes fréquentielles déterminées (Bfl-Bf3), le dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2) traite le signal acoustique temporel brut (S(t)) sur la plage fréquentielle de fonctionnement déterminée (Pf) en dehors des première et deuxième bandes fréquentielles déterminées (Bfl-Bf3) associées au dysfonctionnement (DYS) et les bandes fréquentielles déterminées (Bfl-Bf3) sont centrées respectivement sur une fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement (DYS) et sur une harmonique de ladite fréquence théorique connue dudit dysfonctionnement (DYS).40 6. Méthode, selon l'une des revendications 1 à 5, pour la détection acoustique d'au moins deux dysfonctionnements (DYS) d'un moteur à turbine à gaz, selon laquelle : - les premier et deuxième dysfonctionnements (DYS) étant respectivement associés à au moins des première et deuxième bandes fréquentielle déterminées (Bfl-Bf3), le dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2) traite le signal acoustique temporel brut (S(t)) sur la plage fréquentielle de fonctionnement déterminée (Pf) en dehors des première et deuxième bandes fréquentielles déterminées (Bfl-Bf3) associées au dysfonctionnement (DYS). 7. Système (1) de détection acoustique d'au moins un dysfonctionnement (DYS) d'un moteur à turbine à gaz, le système comportant : - un dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2) adapté pour traiter un signal acoustique temporel brut (S(t)) issu du moteur sur une plage fréquentielle de fonctionnement déterminée (Pf) de manière à émettre un signal acoustique temporel traité (Z(t)) en sortie du moteur, - un détecteur acoustique (4) agencé pour détecter ledit dysfonctionnement (DYS) dans le signal acoustique temporel brut (S(t)) issu du moteur, et - des moyens de filtrage (3), reliés au dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2), agencés pour interdire un traitement du signal acoustique temporel brut (S(t)) par le dispositif de Contrôle Actif du Bruit (2) sur au moins une bande fréquentielle déterminée (Bfl-Bf3) associée au dysfonctionnement (DYS). 8. Système de détection selon la revendication 7, dans lequel les moyens de filtrage (3) se présentent sous la forme d'un filtre coupe-bandes (3) dont la bande fréquentielle de coupure correspond à la bande fréquentielle déterminée (Bfl-Bf3) associée audit dysfonctionnement. 9. Système de détection selon l'une des revendications 7 à 8, dans lequel les moyens de filtrage (3) comportent des moyens de paramétrage de la bande fréquentielle (Bfl-Bf3) en fonction du régime du moteur à turbine à gaz.