Brevet FR3036796A1 — publié le 20161202

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE DÉTECTION DE CHOC SUR UNE PALE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un dispositif et un procédé pour déterminer si une pale de turbomachine a subi ou non un choc ayant pu produire des dommages sur la pale. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Certaines pales d'une turbomachine, notamment les aubes de la soufflante ou les hélices de la turbomachine, sont susceptibles d'être frappées par des éléments aspirés par la turbomachine. Ces éléments sont par exemple des oiseaux ou des objets se trouvant sur la piste de décollage/atterrissage. Le choc résultant du contact d'un tel élément avec une pale peut produire des dommages sur la pale. Un endommagement de la pale peut être difficile à détecter, notamment lorsqu'il s'agit d'une pale en matériaux composites, car il faut utiliser des moyens d'inspection spécifiques. L'invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé permettant de déterminer qu'une pale a subi un choc ayant pu l'endommager. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un dispositif de détection d'un choc pouvant endommager un composant d'une turbomachine d'aéronef, comportant un film ayant des propriétés piézo-électriques, qui recouvre au moins en partie le composant et qui est apte à produire un courant électrique lorsqu'il est sollicité mécaniquement, des moyens de mesure d'une grandeur électrique représentative du courant électrique produit par le film, et des moyens de traitement capables de déterminer que ledit composant a subi ou non un choc ayant pu l'endommager en fonction de ladite grandeur électrique mesurée par les moyens de mesure. 3036796 2 Un tel dispositif permet d'identifier immédiatement un choc pouvant produire des dommages, ce qui permet de systématiser le contrôle des pales à risques. L'invention propose aussi une turbomachine d'aéronef comportant un dispositif de détection selon l'invention, une pluralité de pales réparties autour d'un axe 5 principal de la turbomachine, caractérisée en ce que chaque pale est au moins en partie recouverte par un film à propriétés piézo-électriques et en ce que les moyens de traitement sont aptes à déterminer si au moins l'une des pales a subi ou non un choc ayant pu l'endommager. De préférence, les moyens de traitement sont aptes à identifier ladite 10 au moins une pale qui a subi un choc ayant pu l'endommager. De préférence, la pale comporte une couche de revêtement externe qui recouvre le film. De préférence, le film recouvre uniquement le bord d'attaque de la pale. De préférence, le film recouvre la totalité de la pale. 15 L'invention propose aussi un procédé de mise en oeuvre du dispositif de détection selon l'invention, pour déterminer si au moins une pale d'une turbomachine a subi ou non un choc ayant pu l'endommager. Ledit procédé comporte : - une étape de mesure d'une grandeur électrique représentative du courant produit par le film associé à ladite au moins une pale ; 20 - une étape de comparaison de ladite grandeur électrique mesurée à une grandeur électrique de référence ; - et une étape de détermination que ladite au moins une pale a subi un choc ayant pu l'endommager lorsque ladite grandeur électrique associée à ladite au moins une pale est différente de la grandeur électrique de référence selon un critère 25 prédéfini. De préférence, l'étape de comparaison consiste à comparer la grandeur électrique associée à une première pale avec la grandeur électrique associée à une deuxième pale située circonférentiellement à distance de ladite première pale. De préférence, le procédé comporte une deuxième étape de comparaison de la grandeur électrique associée à ladite première pale et de la grandeur 3036796 3 électrique associée à ladite deuxième pale, à la grandeur électrique associée à une troisième pale située circonférentiellement à distance de ladite première pale et à distance de ladite deuxième pale, lorsque la grandeur électrique associée à la première pale est différente de la grandeur électrique associée à la deuxième pale, et le procédé 5 comporte une étape consistant à déterminer laquelle de la première pale ou de la deuxième pale a subi un choc. De préférence, la grandeur électrique associée à une pale est choisie parmi la tension ou l'intensité dudit courant. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'une partie amont d'un turboréacteur double flux comportant une soufflante et un dispositif de diagnostic 15 de l'état des pales de la soufflante ; - la figure 2 est une représentation schématique d'une pale de soufflante recouverte par un film conformément à l'invention ; - la figure 3 est un diagramme représentant les différentes étapes du procédé selon l'invention ; 20 - la figure 4 est une vue en perspective d'une soufflante turbomachine - la figure 5 est un diagramme représentant des étapes d'un procédé selon un autre mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 25 On a représenté à la figure 1 une turbomachine 20 d'aéronef qui, pour l'exemple, est un réacteur double flux qui prélève un flux d'air qui est comprimé et est divisé en un flux d'air primaire 22 destiné à circuler dans la chambre de combustion et un flux d'air secondaire 24 qui est périphérique au flux d'air primaire 22. 3036796 4 La turbomachine 20 comporte une soufflante 26, qui prélève le flux d'air et qui comporte une pluralité de pales 10 portées par la soufflante 26. La description de l'invention qui suit fait référence à un dispositif de détection associé à une pale 10 de la soufflante 26. Il sera compris que le dispositif de 5 détection selon l'invention n'est pas limité une pale de soufflante mais qu'il peut aussi être associé à une hélice d'une turbomachine telle qu'un turbopropulseur ou une turbomachine à doublet d'hélices contrarotatives par exemple. La pale 10 est par exemple réalisée en matériaux composites. Cette pale 10 est susceptible d'être heurtée par des objets aspirés par la 10 turbomachine, qui risquent de l'endommager. Pour détecter si le choc subi par la pale 10 est suffisamment important ou non pour provoquer des dégâts sur la pale 10, la turbomachine comporte aussi un dispositif 34 de détection de ce choc. Ce dispositif de détection 34 permet la détection de chocs sur la pale 10 15 et aussi de détecter si un choc peut endommager la pale de manière préjudiciable au fonctionnement de la turbomachine. Le dispositif de détection 34 peut être un dispositif autonome en alimentation énergétique. Par exemple, la source d'énergie du dispositif de détection 34 utilise une récupération d'énergie de type vibratoire, thermique ou inductive. 20 Comme on peut le voir plus en détails à la figure 2, le dispositif de détection 34 comporte un film 12 ayant des propriétés piézo-électriques, qui recouvre au moins une partie de la pale 10. Les propriétés piézo-électriques de ce film 12 lui permettent de produire un courant électrique lorsqu'il est soumis à une excitation mécanique. 25 A titre d'exemple non limitatif, le film 12 piézo-électrique est un film en Polyfluorure de vinylidène (PVDF). De préférence, le film 12 recouvre la totalité de la pale 10. Cela permet de détecter un choc sur la pale 10, quel que soit la localisation du choc sur la pale 10. Alternativement, seule une partie de la pale 10 peut être recouverte par 30 le film 12. Par exemple seul le bord d'attaque de la pale 10, sur lequel la majorité des 3036796 5 points de choc sont concentrés, peut être recouvert par le film 12. Avantageusement, la pale 10 s'en trouve peu pénalisée en ce qui concerne le poids, et le coût de production du dispositif 34 de détection de choc sur une telle pale peut ainsi être réduit. Aussi, la pale 10 comporte un corps 16, par exemple en matériau 5 composite, qui est recouvert par le film 12, et un revêtement externe 18 qui protège la pale 10 de toutes les agressions extérieures qu'elle peut subir, comme par exemple la corrosion, l'exposition à la lumière du soleil, etc. De préférence, ce revêtement externe 18 recouvre aussi le film 12, protégeant ainsi le film 12 de ces agressions. Dans le cas où le film 12 se situe sur le bord 10 d'attaque d'une pale composite, il peut être recouvert d'un matériau qui permet de rigidifier ledit bord d'attaque, ledit matériau étant assemblé par collage sur la pale composite recouverte du film 12. Ainsi, dès que la pale 10 reçoit un choc, ce choc s'exerce sur le film 12 qui produit en réponse à ce choc un courant électrique. 15 Le dispositif de détection 34 comporte aussi des moyens 14 de mesure d'une grandeur électrique représentative du courant électrique produit par le film 12 pour permettre d'évaluer l'intensité de ce choc. Cette grandeur électrique est par exemple la tension ou l'intensité du courant électrique. Dans la description qui va suivre, l'invention sera décrite en utilisant la 20 tension comme étant cette grandeur électrique. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et que toute autre grandeur électrique telle que l'intensité du courant électrique peut être utilisée. Le film 12 produit un courant électrique dont la tension varie avec l'intensité de son excitation. Ainsi, plus le choc sur la pale 10 est important, plus la tension 25 du courant produit par le film 12 est élevée. Le dispositif de détection 34 comporte aussi des moyens de traitement (représentés ici sous la forme d'un ordinateur 36) qui sont reliés aux moyens de mesure 14 et qui sont aptes à déterminer que la pale 10 a été soumise à un choc suffisamment important pour endommager la pale 10. Le dispositif de détection 34 peut 3036796 6 avantageusement être relié aux moyens de mesure 14 par un système de transmission de l'information sans fil. L'invention concerne aussi une turbomachine 20 comportant un tel dispositif de détection 34. La turbomachine 20 comporte ainsi une soufflante 26 5 comportant une pluralité de pales 10. Chacune de ces pales 10 est recouverte en partie ou dans sa totalité par un film 12 à propriétés piézo-électriques tel que défini ci-dessus. Chaque film 12 est raccordé à des moyens de mesure 14 qui lui sont associés. Ces moyens de mesure 14 sont quant à eux reliés aux moyens de traitement 36, par un système de câbles ou bien par un système de transmission sans fil. 10 Les moyens de traitement 36 sont conçus pour déterminer quelle pale 10 ou quel ensemble de pales 10 a été soumis à un choc et pour déterminer si le choc subi par cette pale 10 ou ce groupe de pales 10 est suffisamment important pour endommager la pale 10 ou les pales du groupe de pales 10. A cet effet, les moyens de traitement 36 mettent en oeuvre un procédé 15 selon l'invention représenté sur la figure 3. Le procédé comporte une première étape 40 de mesure en continu de la tension du courant électrique produit par chaque film 12. Selon une deuxième étape 42, pour chaque pale 10, la tension ainsi mesurée lors de la première étape est comparée à une tension de référence prédéfinie. 20 A titre d'exemple non limitatif, la tension de référence est nulle ou faible, pour prendre en compte les déformations de la pale lors du fonctionnement de la turbomachine 20. Le procédé comporte une troisième étape 44 de détermination que ladite pale 10 a été soumise à un choc pouvant l'endommager, lorsqu'a l'issue de l'étape 25 de comparaison 42, il a été déterminé que la tension associée à la pale 10, qui a été mesurée, est différente de la tension de référence. Par exemple c'est le cas lorsque la valeur absolue de la tension mesurée est supérieure à la tension de référence. Le procédé comporte aussi une quatrième étape 46 alternative à la troisième étape 44, qui consiste à déterminer que ladite pale 10 n'a pas été soumise à un 30 choc pouvant l'endommager, lorsqu'a l'issue de l'étape de comparaison 42, il a été 3036796 7 déterminé que la tension associée à la pale 10, qui a été mesurée, ne diffère pas ou peu de la tension de référence. Les moyens de traitement 36 identifient alors quelle pale 10 est associée au film 12 ayant généré une tension différente de la tension de référence, 5 signifiant que cette pale 10 peut être endommagée. A l'issue de cette troisième étape de détermination 44, lorsque les moyens de traitement ont déterminé qu'une pale 10 a été soumise à un choc ayant pu l'endommager, une cinquième étape 48 du procédé, dit d'information, est mise en oeuvre. Cette étape d'information 48 consiste à émettre un signal d'avertissement 10 indiquant qu'au moins une pale 10 a subi un choc ayant pu l'endommager et indiquant quelle est cette pale ou quelles sont ces pales 10. Ainsi, à partir de ces information, un opérateur pourra conduire des opérations de contrôle de chacune des pales 10 désignées à cette quatrième étape, pour vérifier si il y a effectivement eu des dégâts sur la ou les pales 10, puis remplacer chaque 15 pale 10 endommagée. Ce procédé permet un gain de temps important car les opérations de contrôle sont ciblées sur la ou les pales 10 présentant un risque de dommages, il n'y a pas de perte de temps à contrôler les pales 10 n'ayant pas été soumises à un choc. Cela permet aussi de détecter des chocs qu'un pilote aurait pu, dans certains cas, ne pas avoir 20 constaté. On a représenté à la figure 4 une variante de réalisation du procédé selon laquelle la deuxième étape 42 du procédé consiste à comparer la tension générée par le film 12 associé à une première pale 10A à la tension générée par le film 12 associé à une deuxième pale 10B, 10B' qui est située circonférentiellement à distance de la 25 première pale 10A sur la soufflante 26, en vue de fiabiliser le diagnostic. Sur la figure, deux exemples de position pour la deuxième pale 10B, 10B' sont représentés. La description qui suit peut s'appliquer indifféremment à l'une ou l'autre des positions, qui sont données à titre d'exemple non limitatif : d'autres positions peuvent être envisagées. De préférence cette deuxième pale 10B, 10B' n'est pas la troisième pale 30 10C diamétralement opposée à la première pale 10A. En effet, cette troisième pale 10C, 3036796 8 diamétralement opposée à la première pale 10A, peut être sujette à un balourd, ou une onde de choc, lié à l'impact sur la première pale 10A, qui pourrait amener le film 12 de la troisième pale 10C à générer une tension indiquant une anomalie. Cette tension n'étant pas générée dans des conditions normales de fonctionnement, elle ne peut par 5 conséquent pas constituer une tension de référence. Lorsqu'un petit choc est localisé sur une ou plusieurs pales 10A, il ne s'étend généralement pas à l'ensemble des pales 10, ou tout du moins il ne s'étend pas avec la même amplitude à toutes les pales 10. Par conséquent, si la différence entre les tensions générées par les films 12 associés à deux pales 10A, 10B (ou 10B') distantes, est 10 importante, cela signifie que la pale 10A, associée au film 12 ayant généré la tension la plus élevée, a subi un choc suffisamment important pour pouvoir l'endommager. Par contre, si la différence entre les tensions est faible, cela signifie que les déformations des pales 10A, 10B, 1OBT, 10C sont similaires et entrent dans le cadre de déformations liées à un fonctionnement standard. 15 Cela permet de ne pas tenir compte des informations parasites, ou "bruit", liées aux vibrations et déformations normales subies par une pale 10 en fonctionnement standard. On a représenté à la figure 5 un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention qui permet de fiabiliser le procédé décrit à partir de la figure 3. 20 En effet, à l'issue de l'étape de comparaison 42 précédente, la comparaison de la tension générée par les films 12 associés aux pales 10A et 10B permet parfois d'affirmer seulement que l'une des deux pales 10A, 10B a subi un choc, mais il n'est pas possible d'affirmer laquelle des deux pales 10A, 10B a subi le choc. Selon cet autre mode de réalisation, le procédé comporte deux étapes 25 50, 52 de mesure de la tension des courants produits par les films associés à deux pales 10A, 10B (ou 10B') distantes l'une de l'autre. Ce procédé comporte une étape 54 de comparaison des tensions mesurées et une étape 56 de première détermination. Cette étape 56 de première détermination consiste à déterminer 30 qu'aucune des deux pales 10A, 10B n'a subi de choc lorsque les valeurs des tensions 3036796 9 mesurées lors des étapes 50, 52 de mesure sont proches l'une de l'autre, c'est-à-dire que la différence entre les valeurs des deux tensions est inférieure à un seuil prédéfini. Cette étape 56 de première détermination est alors suivie d'une étape 58 d'information de non présence de choc. 5 Cette étape 56 de première détermination consiste aussi à déterminer que l'une des deux pales 10A, 10B a subi un choc lorsque l'une des deux tensions mesurées lors des étapes 50, 52 de mesure est supérieure à l'autre, c'est-à-dire que la différence entre les valeurs des deux tensions est supérieure à un seuil prédéfini. Afin de déterminer laquelle de ces deux pales 10A, 10B a subi le choc, le 10 procédé comporte une étape supplémentaire 60 de mesure de la tension du courant électrique produit par le film 12 associé à une autre pale 10E distante des deux pales 10A, 10B, et qui n'est pas une pale 10C diamétralement opposée à l'une de ces pales 10A, 10B. A titre d'exemple, cette pale 10E est la pale située symétriquement de la pale 10B sur le disque de la soufflante 26 par rapport à la pale 10A. Notamment, selon un 15 exemple non limitatif, la pale 10B est décalée d'environ +90 degrés par rapport à la pale 10A et la pale 10E est décalée d'environ -90 degrés par rapport à la pale 10A. Le procédé comporte une deuxième étape de comparaison 62 des tensions mesurées qui sont associées à chacune des trois pales 10A, 10B, 10E, qui consiste à comparer la valeur de la tension associée aux deux premières pales 10A, 10B à 20 la tension associée à la troisième pale 10E. Cette deuxième étape de comparaison 62 est suivie d'une étape de détermination 64 de laquelle des deux pales 10A, 10B est celle qui a subi le choc. Cette étape 64 consiste à déterminer que la pale 10 qui a subi le choc est celle pour laquelle la différence entre la valeur de la tension qui lui est associée et la 25 valeur de la tension qui est associée à la troisième pale 10E est la plus importante. C'est-à-dire que si la différence entre la valeur de la tension associée à la pale 10A et la valeur de la tension associée à la troisième pale 10E est plus importante que la différence entre la valeur de la tension associée à la pale 10B et la valeur de la tension associée à la troisième pale 10E, cela signifie que la pale 10A a subi le choc. 3036796 10 A l'inverse, si la différence entre la valeur de la tension associée à la pale 10A et la valeur de la tension associée à la troisième pale 10E est plus faible que la différence entre la valeur de la tension associée à la pale 10B et la valeur de la tension associée à la troisième pale 10E, cela signifie que c'est la pale 10B qui a subi le choc. 5 L'invention a été décrite comme s'appliquant aux pales de soufflante de turbomachine. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce seul domaine d'application et que le dispositif de détection peut aussi être monté sur toute autre pièce d'une turbomachine qui est susceptible d'être heurtée et endommagée. Par exemple l'invention s'applique également à des pales d'une hélice non carénée. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif de détection (34) d'un choc pouvant endommager un composant (10) d'une turbomachine d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un film (12) ayant des propriétés piézo-électriques, qui recouvre au moins en partie le composant (10) et qui est apte à produire un courant électrique lorsqu'il est sollicité mécaniquement, des moyens de mesure (14) d'une grandeur électrique représentative du courant électrique produit par le film (12), et des moyens de traitement (36) capables de déterminer que ledit composant (10) a subi ou non un choc ayant pu l'endommager en fonction du de la dite grandeur électrique mesurée par les moyens de mesure (14). 2. Turbomachine d'aéronef (20) comportant un dispositif de détection (34) selon la revendication précédente, une pluralité de pales (10) réparties autour d'un axe principal de la turbomachine (20), caractérisée en ce que chaque pale (10) est au moins en partie recouverte par un film (12) à propriétés piézo-électriques et en ce que les moyens de traitement (36) sont aptes à déterminer si au moins l'une des pales (10) a subi ou non un choc ayant pu l'endommager. 3. Turbomachine (20) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens de traitement (36) sont aptes à identifier ladite au moins une pale (10) qui a subi un choc ayant pu l'endommager. 4. Turbomachine (20) selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la pale (10) comporte une couche de revêtement externe (18) qui recouvre le film (12). 3036796 12 5. Turbomachine (20) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le film (12) recouvre uniquement le bord d'attaque de la pale (10). 5 6. Turbomachine (20) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le film (12) recouvre la totalité de la pale (10). 7. Procédé de mise en oeuvre du dispositif selon la revendication 1, 10 pour déterminer si au moins une pale (10A) d'une turbomachine selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, a subi ou non un choc ayant pu l'endommager, caractérisé en ce qu'il comporte : une étape de mesure (40, 50) d'une grandeur électrique représentative du courant produit par le film (12) associé à ladite au moins une pale 15 (10A), - une étape (42, 54) de comparaison de ladite grandeur électrique mesurée à une grandeur électrique de référence, et une étape (44, 56, 64) de détermination que ladite au moins une pale (10A) a subi un choc ayant pu l'endommager lorsque ladite grandeur électrique 20 associée à ladite au moins une pale (10A) est différente de la grandeur électrique de référence selon un critère prédéfini. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de comparaison (42) consiste à comparer la grandeur électrique associée à une première 25 pale (10A) avec la grandeur électrique associée à une deuxième pale (10B, 10I3') située circonférentiellement à distance de ladite première pale (10A). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième étape de comparaison de la grandeur électrique associée de à ladite première pale (10A) et la grandeur électrique associée à ladite deuxième pale (10B), à la grandeur électrique associée à une troisième pale (10E) située 3036796 13 circonférentiellement à distance de ladite première pale (10A) et à distance de ladite deuxième pale (10B), lorsque la grandeur électrique associée à la première pale (10A) est différente de la grandeur électrique associée à la deuxième pale (10B), et comporte une étape (64) consistant à déterminer laquelle de la première pale (10A) ou de la deuxième 5 pale (10B) a subi un choc. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la grandeur électrique associée à une pale (10) est choisie parmi la tension ou l'intensité dudit courant. 10