Brevet FR3018546A1 — publié le 20150918

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine de la surveillance de l'état de fonctionnement d'un moteur d'un aéronef en vue d'en détecter des anomalies. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans le domaine de l'aéronautique, il est important de pouvoir surveiller l'état de fonctionnement d'un moteur d'un aéronef afin de prévoir et planifier des opérations de maintenance sur ce moteur. En effet, l'état de fonctionnement du moteur peut varier au cours du temps et une surveillance adaptée peut permettre de détecter des anomalies de fonctionnement, surveiller une dégradation du moteur et planifier à l'avance d'éventuelles opérations de maintenance. Ceci peut permettre d'éviter des retards, d'effectuer des réparations avant que la dégradation ne soit trop importante, de regrouper des opérations de réparation entre elles, etc. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de surveiller l'état de fonctionnement d'un moteur. A cet effet, l'invention propose un procédé de surveillance de l'état d'un moteur d'un aéronef comprenant les étapes suivantes, mises en oeuvre dans une unité de traitement : mesure d'un taux d'au moins un gaz d'échappement du moteur ; mesure d'au moins une donnée de contexte caractérisant l'aéronef pour le taux mesuré ; normalisation dudit au moins un taux mesuré par rapport à ladite au moins une donnée de contexte correspondante. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible. Le procédé comprend une comparaison dudit au moins un taux corrigé à un taux de référence contenu dans une base de données, dite « de référence », préalablement construite afin de détecter une éventuelle anomalie du moteur. Le procédé comprend une étape de construction d'une base de données « saine » comprenant les sous-étapes suivantes : mesure, au cours de plusieurs vols de référence de l'aéronef à surveiller, d'un taux d'au moins un gaz d'échappement du moteur ; mesure d'au moins une donnée de contexte caractérisant l'aéronef ; correction dudit au moins un taux mesuré par rapport à ladite au moins une donnée de contexte. Les vols de références correspondent à des vols pour lesquels le moteur de l'aéronef est considéré comme sain. La base de données de référence comprend au moins un taux d'au moins un gaz anormal afin de détecter une éventuelle anomalie du moteur. On répète au cours du temps les étapes de mesure d'un taux d'au moins un gaz d'échappement du moteur ; mesure d'au moins une donnée de contexte caractérisant l'aéronef pour le taux mesuré ; normalisation dudit au moins un taux mesuré par rapport à ladite au moins une donnée de contexte correspondante afin de suivre l'évolution au cours du temps dudit au moins un taux mesuré afin de détecter une éventuelle anomalie du moteur. Le procédé comprend une mesure des vibrations du moteur afin de corréler ladite mesure des vibrations à l'anomalie éventuellement détectée. L'invention concerne également un dispositif de surveillance de l'état d'un moteur d'un aéronef comprenant : au moins un capteur configuré pour mesurer un taux d'un gaz d'échappement d'un moteur d'aéronef ; au moins un capteur de contexte configuré pour mesurer au moins une donnée de contexte correspondant au taux de gaz d'échappement mesuré ; un calculateur configuré pour stocker ledit taux de gaz et ladite donnée de contexte ; une unité de traitement configuré pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications précédentes. L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution des étapes d'un procédé selon l'invention, lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par un processeur. Les avantages de l'invention sont multiples. La surveillance du moteur par surveillance des gaz d'échappement permet de détecter des anomalies de manière fiable. L'analyse des gaz d'échappement permet d'avoir des capteurs positionnés en sortie moteur ce qui simplifie le positionnement des capteurs. En outre, s'agissant de l'analyse de gaz d'échappement en sortie moteur, on peut détecter un problème le long de la chaine moteur.35 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un dispositif de surveillance de l'état d'un moteur d'un aéronef selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre schématiquement des étapes d'un procédé de surveillance de l'état d'un moteur d'un aéronef selon l'invention ; - la figure 3 illustre schématiquement des sous-étapes d'un procédé de surveillance de l'état d'un moteur d'un aéronef selon l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En relation avec la figure 1, un dispositif de surveillance de l'état d'un moteur 1 d'un aéronef comprend au moins un capteur 2 configuré pour mesurer un taux d'au moins un gaz d'échappement du moteur 1. Un tel capteur 2 est soit disposé en sortie du moteur 1 soit sur la coque de l'aéronef. Un capteur 2 est un capteur qui est adapté pour mesurer un gaz d'échappement particulier (NOx, CO2, CO, etc.) Un tel capteur 2 est peut-être de type électrochimique (en particulier conductimétrique), optique (en particulier à absorption), massique (en particulier du type NEMS, (en anglais, « Nano Electro Mechanical Systems »), du type à nano tubes de carbone, etc. Le dispositif de surveillance comprend également au moins un capteur de contexte 3 configuré pour mesurer des données de contexte d'utilisation du moteur 1. Ces données de contexte sont par exemple : la température du moteur, la vitesse du moteur, l'altitude de l'aéronef, le niveau de poussée, le régime du moteur, la température des gaz d'échappement, la température extérieure à l'aéronef, etc. Les données de contexte pertinentes à mesurer sont déterminées en fonction des relations entre le taux d'au moins un gaz d'échappement et ces données de contexte. Les relations entre les données de contexte et le taux d'un ou plusieurs gaz d'échappement peuvent être soit des lois physiques soit des lois de corrélation statistiques. Les données de contexte peuvent également être des données calculées à partir d'autres données mesurées. C'est par exemple le cas pour si l'on souhaite prendre en compte les phases de vol de l'aéronef. En fonction du type de données de contexte à mesurer, on utilise le capteur de contexte ad hoc. Sur la figure 1, un capteur 2 et un capteur de contexte 3 sont représentés. Bien entendu ces capteurs peuvent être présents en nombre différent. Le dispositif de surveillance comprend en outre un calculateur 4 embarqué configuré pour enregistrer les mesures issues des capteurs 2 et des capteurs de contexte 3, le calculateur 4 comprenant une mémoire (non représentée) à cet effet. Un tel calculateur 4 est par exemple du type FADEC (en anglais, « Full Authority Digital Engine Control ») embarqué de manière connue sur un aéronef. Ainsi, un taux d'au moins un gaz d'échappement est mesuré par un capteur 2 et des données de contexte sont mesurées par au moins un capteur de contexte 3 et enregistrés dans le calculateur 4. Le dispositif de surveillance comprend en outre une unité 5 de traitement connectée à une base de données 6 dite « de référence ». L'unité 5 de traitement est soit embarquée à bord de l'aéronef soit au sol. De même la base 6 de données de référence est soit embarquée à bord de l'aéronef soit au sol. L'unité 5 de traitement est configurée pour mettre en oeuvre un procédé de surveillance de l'état d'un moteur, ci-dessous décrit. On a illustré sur la figure 2 des étapes d'un procédé de surveillance de l'état d'un moteur 1 d'un aéronef. Au moyen d'un ou plusieurs capteur(s) 2, on mesure (étape MES-TX) un taux d'au moins un gaz d'échappement, un capteur 2 étant associé à un gaz particulier. Pour chaque taux mesuré, on mesure (étape MES-CX) au moyen d'un ou plusieurs capteur(s) 3 de contexte au moins une donnée de contexte caractérisant l'environnement d'utilisation du moteur. De cette façon, à chaque mesure d'un taux de gaz est associée au moins une donnée de contexte. Afin de supprimer l'influence du contexte pour chaque taux mesuré et pour que chaque taux ne dépende plus que de l'état du moteur 1, on normalise (étape NORM) chaque taux mesuré par rapport à la ou les donnée(s) de contexte correspondante(s). La normalisation peut s'effectuer selon une technique classique de régression. Selon un mode de réalisation, ensuite, on compare (étape COMP) chaque taux corrigé relatif à un gaz d'échappement à un taux de référence pour ce même gaz qui est contenu dans la base de données 6 de référence. En fonction de la comparaison, une anomalie est détectée (étape ANO). De manière avantageuse, la base de données de référence 6 est construite (étape CONS-BDD) au préalable au procédé de surveillance en tant que tel qui est mis en oeuvre au cours du vol d'un aéronef. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3, la construction de la base de données 6 consiste à mesurer (MES-TX-BDD), au cours de plusieurs vols de référence de l'aéronef dont le moteur est à surveiller, un taux d'au moins un gaz d'échappement, à mesurer (MES-CX-BDD), la ou les donnée(s) de contexte pertinente(s) et à normaliser (étape NORM-BDD) chaque taux mesuré par rapport à ladite au moins une donnée de contexte. Comme pour le procédé en tant que tel, cette dernière étape permet de supprimer l'influence du contexte pour que chaque taux ne dépende plus que du contexte d'utilisation du moteur. On obtient alors plusieurs taux d'au moins un gaz d'échappement qui sont alors stockés (étape STK-BDD) dans la base de données 6 de référence. Les taux de gaz d'échappement stockés peuvent être : des premiers taux liés à un fonctionnement normal de ce moteur ou de ce type de moteur ; des deuxièmes taux anormaux liés à un fonctionnement anormal de ce type de moteur ; des troisième taux issus de mesures des taux de gaz d'échappement d'un ou plusieurs vols précédents. La base de données peut également comprendre des valeurs courantes de variabilité standard des taux d'un vol à l'autre. Un vol de référence est un vol pour lequel le moteur est considéré comme « sain », c'est-à-dire neuf (premiers vols après sortie d'usine par exemple) ou bien, pour prendre en compte le vieillissement du moteur, après plusieurs vols pour lesquels le moteur n'a pas subi de dommage de sorte qu'il est encore considéré comme sain bien qu'il ne soit plus neuf. Les mesures sont de préférence effectuées sur 10 à 20 vols de référence. Selon un mode de réalisation particulier la construction (étape CONS-BDD) de la base de données consiste à stocker dans la base de données de référence, une liste de taux de gaz anormaux de sorte que si un ou plusieurs gaz est présent dans un taux anormal, une anomalie (étape ANO) est détectée. Cette base de données peut être construite par un apprentissage au cours des vols de référence. De manière alternative et optionnelle, le procédé peut comprendre, à chaque mesure d'un taux d'au moins un gaz d'échappement, une mesure (étape VIB) des vibrations du moteur afin de corréler cette mesure de vibrations à une anomalie éventuellement détectée à l'issue de l'étape de comparaison (COMP). Un telle analyse vibratoire permet par exemple de détecter qu'il y a eu un impact avec le moteur, impact dû à une ingestion d'oiseau(x) par exemple. L'étape de comparaison peut se faire de différentes manières, selon le type de taux stocké dans la base de données 6 de référence. Soit on compare le taux mesuré à un taux normal et on en déduit un écart que l'on juge anormal ou pas selon un écart-type prédéfini. Une autre possibilité est de comparer le taux mesuré à un taux anormal. Le taux mesuré peut alors être qualifié de taux anormal s'il s'approche du taux anormal dans une certaine mesure. Alternativement il est possible de comparer le taux mesuré à un taux standard et ensuite de mesurer la variabilité entre ces deux taux afin de la comparer aux valeurs courantes de variabilité comme décrit ci-après. La mesure des vibrations (étape VIB) est mise en oeuvre au moyen de capteurs dédiés (non représentés) tels que des accéléromètres. De manière alternative, les étapes de mesure d'un taux d'au moins un gaz, de données de contexte, de normalisation peuvent être continues dans le temps avec une fréquence déterminée afin de suivre l'évolution de l'état du moteur 1. Dans ce cas, c'est la variation d'un taux de gaz d'échappement qui permet de détecter (étape ANO) une éventuelle anomalie. Par exemple, on peut suivre l'évolution temporelle d'un taux de gaz d'échappement. Dans le cas où l'évolution temporelle du taux de gaz d'échappement peut être approximée par une fonction affine, la pente de la fonction affine peut être déterminée par une technique de régression linéaire. Dans le cas où l'évolution temporelle du taux de gaz d'échappement ne peut être approximée par une fonction affine, on effectue un traitement sur la courbe temporelle afin de se ramener à une approximation affine. Par exemple, si l'évolution temporelle constatée est de forme exponentielle, on se ramène à une représentation affine en effectuant une transformation logarithmique des données mesurées. Ainsi une dérive du taux de gaz d'échappement peut être détectée par la recherche d'une rupture de pente. On peut également détecter une dérive lorsque la pente est supérieure à une valeur seuil prédéfinie ou inférieur à une valeur plafond également prédéfinie. La dérive temporelle du taux de gaz peut être significative d'une anomalie. Selon une autre variante, une dérive temporelle peut être estimée en comparant la pente significative de l'évolution temporelle du taux de gaz d'échappement mesuré à une pente d'une évolution temporelle du taux d'échappement dans un fonctionnement sain du moteur. Une telle pente peut par exemple être stockée dans la base de données et peut être déterminée également par apprentissage. L'invention n'est pas limitée au dispositif et au procédé ci-dessus décrit et concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution des étapes du procédé ci-dessus décrit, lorsque ce programme d'ordinateur est exécuté par un processeur.5 REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance de l'état d'un moteur (1) d'un aéronef comprenant les étapes suivantes, mises en oeuvre dans une unité (5) de traitement : mesure (MES-TX) d'un taux d'au moins un gaz d'échappement du moteur (1) ; mesure (MES-CX) d'au moins une donnée de contexte caractérisant l'aéronef pour le taux mesuré ; normalisation (NORM) dudit au moins un taux mesuré par rapport à ladite au moins une donnée de contexte correspondante. 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, comprenant une comparaison (COMP) dudit au moins un taux corrigé à un taux de référence contenu dans une base de données, dite « de référence », préalablement construite afin de détecter (ANO) une éventuelle anomalie du moteur. 3. Procédé de surveillance selon la revendication précédente, comprenant une étape de construction d'une base de données « saine » comprenant les sous-étapes suivantes : mesure (MES-TX-BDD), au cours de plusieurs vols de référence de l'aéronef à surveiller, d'un taux d'au moins un gaz d'échappement du moteur (1) ; mesure (MES-CX-BDD) d'au moins une donnée de contexte caractérisant l'aéronef ; correction (STK-BDD) dudit au moins un taux mesuré par rapport à ladite au moins une donnée de contexte. 4. Procédé de surveillance selon la revendication 3, dans lequel les vols de références correspondent à des vols pour lesquels le moteur de l'aéronef est considéré comme sain. 5. Procédé de surveillance selon la revendication 1, dans lequel la base de données de référence comprend au moins un taux d'au moins un gaz anormal afin de détecter (ANO) une éventuelle anomalie du moteur. 6. Procédé de surveillance selon la revendication 1, dans lequel on répète au cours du temps les étapes de mesure (MES-TX) d'un taux d'au moins un gaz d'échappement du moteur ; mesure (MES-CX) d'au moins une donnée de contexte caractérisant l'aéronef pour le taux mesuré ; normalisation (NORM) dudit au moins un taux mesuré par rapport à ladite aumoins une donnée de contexte correspondante afin de suivre l'évolution au cours du temps dudit au moins un taux mesuré afin de détecter (ANO) une éventuelle anomalie du moteur. 7. Procédé de surveillance selon l'une des revendications 2 à 6, comprenant une mesure des vibrations du moteur afin de corréler ladite mesure des vibrations à l'anomalie éventuellement détectée. 8. Dispositif de surveillance de l'état d'un moteur d'un aéronef comprenant : au moins un capteur (2) configuré pour mesurer un taux d'un gaz d'échappement d'un moteur (1) d'aéronef ; au moins un capteur de contexte (3) configuré pour mesurer au moins une donnée de contexte correspondant au taux de gaz d'échappement mesuré ; un calculateur (5) configuré pour stocker ledit taux de gaz et ladite donnée de contexte ; une unité de traitement (5) configuré pour mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications précédentes. 9. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par un processeur.