Brevet FR2987398A1 — publié le 20130830

SYSTÈME DE DÉTECTION DE PRÉMICES DE PANNE D'UNE VANNE D'UN MOTEUR D'AÉRONEF DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des systèmes de surveillance d'une vanne d'un moteur d'aéronef et plus particulièrement, la détection de prémices de panne d'une vanne de type NAI. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un moteur d'aéronef comporte une pluralité de vannes nécessaires aux contrôles des débits de différents fluides circulant dans le moteur. De manière générale, les vannes comportent des moyens de mesure de position (capteurs de position ou d'interrupteurs) permettant de surveiller leur état de fonctionnement. La surveillance consiste alors à comparer la position commandée de la vanne à la position détectée par les capteurs de position. Une défaillance ou un endommagement d'un ou de plusieurs capteurs de position génère des messages d'alertes qui peuvent entraîner une immobilisation plus ou moins longue de l'aéronef pour une intervention de maintenance. De plus, certaines vannes comme les vannes de dégivrage nacelle NAI (Nacelle Anti-Icing) ne comportent pas des moyens de détection de position et il est alors difficile de surveiller leur bon fonctionnement. En effet, la détection des pannes est d'autant plus difficile lorsqu'on ne peut pas constater directement la panne, mais seulement ses effets. Les vannes NAI sont employées dans des systèmes de dégivrage pneumatique utilisées pour éviter le givrage de la nacelle. Si la vanne NAI reste bloquée en position ouverte, il y a un risque de surchauffe des composants dégivrés. Au contraire, si la vanne reste bloquée en position fermée, le givrage de la nacelle peut endommager le moteur. Afin d'éviter ces problèmes il est avantageux de détecter les prémices de panne de ces vannes avant qu'elles ne restent bloquées. L'objet de la présente invention est par conséquent de proposer un système et un procédé de détection simple à mettre en oeuvre et qui est capable de détecter avec précision et fiabilité les prémices de panne sur une vanne d'un moteur d'aéronef. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par un système de détection de prémices de panne d'une vanne d'un moteur d'aéronef, comportant : - des moyens d'acquisition pour acquérir des 20 mesures de pression de sortie de ladite vanne et des données de contexte et de commande de ladite vanne, - des moyens de traitement pour définir un ensemble d'indicateurs de prémices de panne en fonction desdites mesures de pression de sortie et desdites 25 données de contexte et de commande, - des moyens de traitement pour déterminer un ensemble d'estimateurs correspondant audit ensemble d'indicateurs de prémices de panne selon un modèle de régression construit préalablement, 30 - des moyens de traitement pour calculer au moins une distance entre ledit ensemble d'indicateurs et ledit ensemble d'estimateurs, et - des moyens de traitement pour comparer ladite au moins une distance à au moins un seuil de prémices de panne afin de détecter des prémices de panne de ladite vanne. Le système de la facile à implémenter d'opérations de calcul prémices de panne de la de la mesure de pression présente invention est très avec un nombre minimal et permet de détecter des vanne principalement à partir de sortie. Les données de contexte peuvent comporter des données de pression ambiante, de pression d'alimentation de la vanne et des mesures de température. Les données de commande peuvent comporter des instants de commande de l'ouverture et de la fermeture de ladite vanne. L'acquisition des données de contexte et de commande ne nécessite pas des moyens supplémentaires tout en permettant d'affiner la définition des indicateurs. En effet, les données de contexte sont facilement disponibles à partir d'un système de surveillance déjà existant dans l'aéronef et les données de commande sont également disponibles à partir d'un calculateur embarqué. De plus, les données de contexte servent à standardiser les indicateurs afin de permettre au système de détection de fonctionner identiquement quelles que soient les conditions d'acquisition. Avantageusement, ledit ensemble d'indicateurs 30 de prémices de panne comporte un ou plusieurs indicateurs parmi les indicateurs suivants : - délai d'ouverture de ladite vanne déterminé par le délai entre l'instant de commande d'ouverture de la vanne et l'instant où la pression de sortie vérifie une fonction prédéterminée indicative d'une vanne ouverte, - délai de fermeture de ladite vanne déterminé par le délai entre l'instant de commande de fermeture de la vanne et l'instant où la pression de sortie est environ égale à la pression ambiante, - état d'ouverture de ladite vanne déterminé par une comparaison entre la pression de sortie et ladite fonction prédéterminée indicative d'une vanne ouverte, et - état de fermeture de ladite vanne déterminé par 15 une comparaison entre la pression de sortie et la pression ambiante. Ces indicateurs envisagent tous les cas de fonctionnement de la vanne et sont ainsi très pertinents pour détecter les prémices de panne. 20 Avantageusement, les moyens de traitement sont configurés pour déterminer l'ensemble d'estimateurs en calculant pour chaque indicateur de prémices de panne un estimateur correspondant en fonction des autres indicateurs et d'au moins une donnée de contexte selon 25 ledit modèle de régression. Les estimateurs permettent de prédire l'évolution naturelle des indicateurs tout en supprimant les dépendances vis-à-vis du contexte et en gérant les relations d'interdépendances stochastiques entre les 30 indicateurs eux-mêmes. Avantageusement, les moyens de traitement sont configurés pour comparer ladite au moins une distance à au moins un seuil d'anomalie au cas où le seuil de prémices de panne est dépassé. Ceci permet de détecter une défaillance de la vanne. Avantageusement, ladite au moins une distance de prémices de panne est une unique distance globale de Mahalanobis définie entre un vecteur estimateur formé par l'ensemble des estimateurs et un vecteur indicateur formé par l'ensemble d'indicateurs de prémices de panne. Selon un premier mode de réalisation, la distance de Mahalanobis est une distance globale qui prend en compte la corrélation entre tous les indicateurs et permet de déterminer de manière robuste la similarité entre les indicateurs issus des mesures et les estimateurs prédits par le modèle. Selon un second mode de réalisation, les moyens de traitement sont configurés pour calculer un ensemble de distances individuelles chacune étant définie entre chaque indicateur et son estimateur correspondant, et les moyens de traitement sont configurés pour comparer l'ensemble de distances à un ensemble correspondant de seuils de prémices de panne. Ceci permet de déterminer de manière simple par exemple la distance euclidienne entre chaque indicateur et son estimateur correspondant pour éventuellement chercher des corrélations entre les différents indicateurs. Ceci permet d'augmenter la sensibilité de la détection et d'identifier éventuellement la nature des prémices de panne. Avantageusement, ladite vanne est une vanne NAI. Ce système de détection est particulièrement intéressant pour une vanne NAI car ce dernier ne comporte pas de retour de position et il n'existe donc aucun moyen direct pour constater des pannes. L'invention vise également un moteur d'aéronef, comportant un système de détection selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus. L'invention vise aussi un procédé de détection de prémices de panne d'une vanne d'un moteur d'aéronef, comportant les étapes suivantes : - acquérir des mesures de pression de sortie de 15 ladite vanne et des données de contexte et de commande de ladite vanne, - définir un ensemble d'indicateurs de prémices de panne en fonction desdites mesures de pression de sortie et desdites données de contexte et de commande, 20 - déterminer un ensemble d'estimateurs correspondant audit ensemble d'indicateurs de prémices de panne selon un modèle de régression construit préalablement, - calculer au moins une distance entre ledit 25 ensemble d'indicateurs et ledit ensemble d'estimateurs, et - comparer ladite au moins une distance à au moins un seuil de prémices de panne afin de détecter des prémices de panne de ladite vanne. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférentiels de l'invention faits en référence aux figures jointes parmi lesquelles : La Fig. 1 illustre de manière schématique un système de détection de prémices de panne d'une vanne d'un moteur d'aéronef, selon l'invention ; La Fig. 2 est un graphique illustrant la 10 pression de sortie en fonction de la pression ambiante pour une vanne normalement fermée ; et La Fig. 3 est un graphique illustrant la pression de sortie en fonction de la pression d'alimentation pour une vanne normalement ouverte. 15 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le concept à la base de l'invention repose sur la construction des indicateurs pertinents de détection de prémices de panne pratiquement à partir de la seule 20 mesure de la pression. La Fig. 1 illustre de manière schématique un système de détection 1 de prémices de panne d'une vanne 3 d'un moteur d'aéronef, selon l'invention. Une vanne 3 de prélèvement d'air du type PRSOV 25 (Pressure Regulating Shut Off Valve) prélève de l'air depuis le compresseur 5 du moteur pour l'amener vers d'autres équipements de l'aéronef. Par exemple dans le cas d'une vanne NAI, l'air chaud prélevé au niveau du compresseur 5 est amené vers des moyens de dégivrage 7 30 de la nacelle du moteur d'aéronef. On notera qu'en fonctionnement normal, ce genre de vanne de type papillon ne comporte aucune position intermédiaire, la position étant soit ouverte, soit fermée. Habituellement, la vanne 3 comporte des moyens de commande 9 aptes à commander et à réguler la position d'ouverture ou de fermeture de la vanne 3. La position de la vanne 3 est déclenchée par les moyens de commande 9 en fonction de signaux reçus depuis un calculateur 11 embarqué et/ou des organes de commandes actionnables par l'équipage. En outre, la vanne 3 comporte un capteur de pression 13 qui mesure la pression de sortie fournie par la vanne 3. La lecture de pression est envoyée via une boucle de contrôle 15 aux moyens de commande 9 qui ajuste alors la position de la vanne 3 en fonction de la mesure de pression afin de maintenir une pression de sortie adéquate. Conformément à l'invention, le système de 20 détection 1 est configuré pour utiliser la mesure de pression de sortie afin de détecter des prémices de panne de la vanne 3. Plus particulièrement, le système de détection 1 comporte des moyens d'acquisition 17 pour acquérir 25 les valeurs de pression de sortie (flèche 19) de la vanne mesurées par le capteur de pression ainsi que des données (flèche 21) de contexte et de commande de la vanne. Les données de contexte peuvent comporter des 30 données de pression ambiante, de pression d'alimentation de la vanne 3 et des mesures de température par exemple au niveau de l'alimentation de la vanne 3. A titre d'exemple, les données de contexte peuvent être obtenues depuis un système de surveillance 5 et/ou un calculateur 11 embarqué déjà existant. En effet, l'aéronef comporte habituellement un système de surveillance (non représenté) qui relève et enregistre des mesures temporelles comportant des données de fonctionnement du moteur ainsi que des données de 10 contexte pour surveiller le bon fonctionnement du moteur. En variante, les données de contexte peuvent être directement obtenues depuis des capteurs spécifiques (non représentés) configurés pour mesurer 15 les paramètres de ces données de contexte. Par ailleurs, les données de commande comportent les instants de commande de l'ouverture et de la fermeture de la vanne 3 obtenues par exemple depuis le calculateur 11 embarqué. 20 Le système de détection 1 comporte également des moyens de traitement 23 pour définir un ensemble d'indicateurs de prémices de panneylen fonction des mesures de pression de sortie et des données de contexte et de commande. On notera que 25 l'ensemble d'indicateurs peut comporter un seul ou plusieurs indicateur(s) pertinent(s). Un premier indicateur peut concerner le délai de fermeture de la vanne 3 qui peut être déterminé par le délai entre l'instant de commande de fermeture de la 30 vanne 3 et l'instant où la pression de sortie est environ égale à la pression ambiante. Ainsi, on peut savoir si le temps de fermeture est conforme à un délai normal prédéfini de fermeture. Un deuxième indicateur concerne l'état de fermeture de la vanne 3 afin de s'assurer que la vanne 5 est hermétique lorsqu'elle est fermée. Ceci peut être déterminé par une comparaison entre la pression de sortie et la pression ambiante. En effet, le rapport entre la pression de sortie et la pression ambiante doit être proche de l'unité pour une fermeture 10 hermétique. On notera qu'après la commande de fermeture de la vanne 3, on attend un certain temps supérieur au délai normal de fermeture de la vanne avant de prendre en compte les mesures de pression de sortie afin d'être 15 sûr qu'une vanne fonctionnant normalement a eu le temps nécessaire pour se fermer. Avantageusement, la pression de sortie est mesurée tout au long d'une période prédéterminée afin de calculer une moyenne de ces mesures. 20 La Fig. 2 est un graphique illustrant la pression de sortie P - aval en fonction de la pression ambiante Pamb pour une vanne normalement fermée. En effet, pour une vanne hermétiquement fermée, la pression de sortie Pavai aval est une fonction linéaire 25 représentée par une droite Dl de pression nominale passant par l'origine. Normalement, la pression de sortie Pavai aval est presque égale à la pression ambiante Pamb - Par ailleurs, la droite Dl est encadrée par une zone Zl acceptable de dispersion due à une imprécision 30 de la mesure, à l'intérieur de laquelle la vanne 3 peut toujours être considérée comme hermétique. Toutefois, des mesures de pression de sortie Pavas au-delà de la zone Zl de dispersion sont indicatives des prémices de panne voire même de panne. En particulier, des mesures au-dessus de la droite Dl indiquent que la vanne 3 n'est pas hermétiquement fermée et qu'il existe des fuites dont l'ampleur dépend de la distance des mesures par rapport à la droite Dl nominale. Un troisième indicateur concerne le délai d'ouverture de la vanne 3. Ce délai d'ouverture est déterminé par la mesure du délai entre l'instant de commande d'ouverture de la vanne 3 et l'instant où la pression de sortie Pavai vérifie une fonction prédéterminée indicative d'une vanne ouverte. Cette fonction prédéterminée dépend de la pression d'alimentation. Un quatrième indicateur concerne l'état d'ouverture de la vanne 3. Ceci peut être déterminé par une comparaison entre la pression de sortie Pavai aval et ladite fonction prédéterminée indicative d'une vanne ouverte normalement. La comparaison peut être réalisée en calculant le rapport entre la pression de sortie mesurée et la pression de sortie théorique correspondante conforme à ladite fonction prédéterminée, sachant que pour un fonctionnement normal ce rapport doit être proche de l'unité. Par précaution et comme indiqué précédemment, on attend un certain temps supérieur au délai d'ouverture de la vanne 3 avant de prendre en compte les mesures de pression de sortie afin d'être sûr qu'une vanne fonctionnant normalement a eu le temps nécessaire pour s'ouvrir. De même, la pression de sortie P - aval est avantageusement mesurée pendant une période prédéterminée afin de calculer une moyenne de ces mesures. La Fig. 3 est un graphique illustrant la pression de sortie Pavai aval en fonction de la pression d'alimentation Paiim pour une vanne normalement ouverte. Ici, la pression de sortie Pavai aval est représentée par une fonction prédéterminée de type affine par morceaux. La courbe de ladite fonction prédéterminée est constituée des premier et second segments de droites D2 et D3. Le premier segment de droite D2 représente une égalité entre la pression de sortie Pavai aval et la pression d'alimentation Paiim lorsque cette dernière est inférieure à une pression seuil Ps prédéterminée. Le second segment de droite D3 représente le fait que la pression de sortie Pavai aval reste stationnaire à une valeur égale à la pression seuil Ps prédéterminée lorsque la pression d'alimentation Paiim est supérieure à ladite pression seuil Ps. Les segments de droites D2 et D3 sont encadrés par une zone Z2 de dispersion due à une imprécision de la mesure. Bien entendu, dans le cas d'une vanne 3 ouverte normalement, la pression de sortie Pavai aval est supérieure à la pression ambiante Parai), comme illustré sur le graphique de la Fig. 3. Toutefois, au cas où les mesures de la pression de sortie sont proches de la pression ambiante on peut déduire qu'il existe une perte de charge à cause d'une mauvaise ouverture de la vanne. Les moyens de traitement 23 sont en outre configurés pour déterminer un ensemble d'estimateurs correspondant audit ensemble d'indicateurs de prémices de panne selon un modèle de régression construit préalablement. Le modèle de régression peut être de type linéaire généralisé GLM (General linear Model) ou bien de type régression des moindres angles LARS (Least Angle Regression) déterminé auparavant soit au banc d'essai lorsque le moteur est en réception, soit en phase de maturation ou d'apprentissage du moteur. Ce modèle de régression permet d'engendrer pour chaque indicateur de prémices de panne donné yi, un estimateur correspondant y en fonction de tous les autres indicateurs de prémices de panne (yl,...,yj-1,yj+l,---Ym) et d'une ou plusieurs données de contexte (c1,,ç) tel que : yj= Ainsi, on peut former un ensemble d'estimateurs r. - - Yi,---9 Yin indépendants vis-à-vis du contexte extérieur. Les moyens de traitement 23 sont ensuite configurés pour calculer au moins une distance entre l'ensemble d'indicateurs y, 5---5 et l'ensemble d'estimateurs correspondant. Ensuite, les moyens de traitement 23 sont configurés pour comparer ladite au moins une distance à au moins un seuil de prémices de panne afin de détecter des prémices de panne de ladite vanne 3. Selon un premier mode de réalisation ladite au moins une distance de prémices de panne est une unique distance globale de Mahalanobis dM définie entre un 5 vecteur estimateur 57=(ÿ1,...,5-2,,...37,,) formé par l'ensemble des estimateurs et un vecteur indicateur Y=(y1,...,yi,...,y,n) formé par l'ensemble d'indicateurs de prémices de panne de la manière suivante : dM = (17 -17)T E-1 (17 -Y) 10 La distance globale de Mahalanobis dM qui prend en compte la corrélation entre tous les indicateurs peut être considérée comme un score global qui est ensuite comparé à un seuil de déclenchement de prémices de panne. 15 Au cas où le seuil de prémices de panne est dépassé, une alerte 25 de détection de prémices de panne est déclenchée par les moyens de traitement 23. De plus, la distance globale peut ensuite être comparée à un deuxième seuil ou seuil d'anomalie afin de 20 détecter si la vanne est déjà en panne et pour déclencher une alerte de panne au cas où le seuil d'anomalie est dépassé. Selon un deuxième mode de réalisation, les moyens de traitement 23 sont configurés pour calculer un 25 ensemble de distances individuelles chacune étant définie entre chaque indicateur et son estimateur correspondant. On peut par exemple utiliser la distance euclidienne d(Ypyi) entre chaque indicateur y1 et son estimateur correspondant y pour former un ensemble de distances. Ensuite, chaque distance de l'ensemble de distances est comparée à un seuil correspondant d'un ensemble de seuils de prémices de panne. Au cas où un seuil de prémices de panne est dépassé, une alerte de détection de prémices de panne peut être déclenchée et la distance dépassant le seuil correspondant est ensuite comparée à un deuxième seuil (ou seuil d'anomalie) représentatif d'une défaillance. On notera que selon le deuxième mode de réalisation, on peut utiliser l'ensemble de distances pour rechercher des corrélations en regroupant par exemple, deux-à-deux les différents indicateurs. Par exemple, on peut chercher une corrélation entre le temps d'ouverture et le temps de fermeture ou celle regroupant le temps d'ouverture et la pression de sortie lorsque la vanne 3 est ouverte. Ceci permet d'augmenter la sensibilité de la détection et d'identifier éventuellement la nature des prémices de panne. Le système de détection 1 peut être intégré dans un boîtier spécifique ou faire partie d'un boîtier électronique existant. Avantageusement, on peut exploiter les moyens d'acquisition et de traitement d'un calculateur 11 embarqué dans l'aéronef ou dans un calculateur intégré dans le moteur d'aéronef de type EMU (Engine Monitoring Unit) pour exploiter le système de détection 1 selon l'invention. En particulier, le calculateur 11 peut être utilisé pour exécuter un programme d'ordinateur enregistré dans des moyens de stockage du calculateur et comportant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé de détection selon l'invention.5 REVENDICATIONS1. Système de détection de prémices de panne d'une vanne d'un moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens d'acquisition (17) pour acquérir des mesures de pression de sortie de ladite vanne (3) et des données de contexte et de commande de ladite vanne, - des moyens de traitement (23) pour définir un 10 ensemble d'indicateurs de prémices de panne en fonction desdites mesures de pression de sortie et desdites données de contexte et de commande, - des moyens de traitement (23) pour déterminer un ensemble d'estimateurs correspondant audit ensemble 15 d'indicateurs de prémices de panne selon un modèle de régression construit préalablement, - des moyens de traitement (23) pour calculer au moins une distance entre ledit ensemble d'indicateurs et ledit ensemble d'estimateurs, et 20 - des moyens de traitement (23) pour comparer ladite au moins une distance à au moins un seuil de prémices de panne afin de détecter des prémices de panne de ladite vanne. 25 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données de contexte comportent des données de pression ambiante, de pression d'alimentation de la vanne et des mesures de température, et en ce que les données de commandecomportent des instants de commande de l'ouverture et de la fermeture de ladite vanne. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ensemble d'indicateurs de prémices de panne comporte un ou plusieurs indicateurs parmi les indicateurs suivants : - délai d'ouverture de ladite vanne déterminé par le délai entre l'instant de commande d'ouverture de la 10 vanne et l'instant où la pression de sortie vérifie une fonction prédéterminée indicative d'une vanne ouverte, - délai de fermeture de ladite vanne déterminé par le délai entre l'instant de commande de fermeture de la vanne et l'instant où la pression de sortie est 15 environ égale à la pression ambiante, - état d'ouverture de ladite vanne déterminé par une comparaison entre la pression de sortie et ladite fonction prédéterminée indicative d'une vanne ouverte, et 20 - état de fermeture de ladite vanne déterminé par une comparaison entre la pression de sortie et la pression ambiante. 4. Système selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont configurés pour déterminer l'ensemble d'estimateurs en calculant pour chaque indicateur de prémices de panne un estimateur correspondant en fonction des autres indicateurs etd'au moins une donnée de contexte selon ledit modèle de régression. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont configurés pour comparer ladite au moins une distance à au moins un seuil d'anomalie au cas où le seuil de prémices de panne est dépassé. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite au moins une distance de prémices de panne est une unique distance globale de Mahalanobis définie entre un vecteur estimateur formé par l'ensemble des estimateurs et un vecteur indicateur formé par l'ensemble d'indicateurs de prémices de panne. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont configurés pour calculer un ensemble de distances individuelles chacune étant définie entre chaque indicateur et son estimateur correspondant, et en ce que les moyens de traitement sont configurés pour comparer l'ensemble de distances à un ensemble correspondant de seuils de prémices de panne. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite vanne est une vanne NAI. 9. Moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un système de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Procédé de détection de prémices de panne d'une vanne d'un moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - acquérir des mesures de pression de sortie de 10 ladite vanne et des données de contexte et de commande de ladite vanne, - définir un ensemble d'indicateurs de prémices de panne en fonction desdites mesures de pression de sortie et desdites données de contexte et de commande, 15 - déterminer un ensemble d'estimateurs correspondant audit ensemble d'indicateurs de prémices de panne selon un modèle de régression construit préalablement, - calculer au moins une distance entre ledit 20 ensemble d'indicateurs et ledit ensemble d'estimateurs, et - comparer ladite au moins une distance à au moins un seuil de prémices de panne afin de détecter des prémices de panne de ladite vanne. 25