Brevet FR3094088A1 — publié le 20200925

Description Titre de l'invention : Procédé et système de détection et d'identification de vibrations d'un aéronef. Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine de la détection de vibrations à bord d'aéronef. Plus particulièrement, elle concerne un procédé et un système de détection et d'identification de vibrations de cellule (« airtiame » en anglais) d'un aéronef. Technique antérieure [0002] Les vibrations d'un aéronef, en particulier de la cellule de l'aéronef, peuvent être ressenties par des personnes à bord de l'aéronef. En fonction de l'origine des vibrations, lesdites vibrations sont ressenties comme un mouvement physique ou un bruit, ou à la fois comme un mouvement physique et un bruit. Ce ressenti peut causer un manque de confort pour ces personnes. En outre, ces vibrations peuvent indiquer la présence d'un jeu ou d'une usure accrue de composants de l'aéronef. [0003] Généralement, le pilote et l'équipage communiquent leur ressenti au sujet des vi- brations à l'aide d'un formulaire papier de rapport de vibration (« vibration reporting sheet » en anglais). Ce formulaire est destiné à recueillir des informations sur les caractéristiques des vibrations et à faciliter leur diagnostic pour localiser l'origine de la vibration. Ce recueil d'informations reste toutefois sommaire et peu précis. On note également une grande dispersion dans le ressenti des pilotes et des équipages, ce qui complique l'exploitation de ces formulaires. Des tâches de maintenance périodiques peuvent également être accomplies. Au cours de ces tâches de maintenance, le jeu ou l'usure peut être découvert et le composant correspondant peut être remplacé. Toutefois, ces tâches sont généralement compliquées et consommatrices de ressources et de temps. [0004] Le document DE 10 2006 058 903 tente de prévenir les vibrations grâce à un dispositif statique de mesure pour automatiser la mesure de jeux dans des rotules d'actionneurs. Toutefois, il nécessite l'installation de dispositifs de mesure à proximité des jeux. La solution proposée par ce document n'est donc pas pleinement satisfaisante. Exposé de l'invention [0005] La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un procédé et un système permettant de localiser les sources de vibrations à bord d'un aéronef. [0006] À cet effet, l'invention concerne un procédé de détection et d'identification de vi- brations d'un aéronef. 2 [0007] Selon l'invention, le procédé comprend au moins : - une étape dite de réception de vibrations, mise en oeuvre par un module de réception, consistant à recevoir un signal représentatif de vibrations présentes à bord de l'aéronef, le signal étant mesuré par un module de mesure ; - une première étape de filtrage, mise en oeuvre par un premier module de filtrage, consistant à filtrer le signal mesuré en supprimant des composantes du signal correspondant à des vibrations présentant une fréquence de vibration extérieure à une bande de fréquence caractéristique d'une partie considérée de l'aéronef ; - une deuxième étape de filtrage, mise en oeuvre par un deuxième module de filtrage, consistant à filtrer le signal filtré dans la première étape de filtrage en conservant des composantes du signal correspondant à des vibrations présentant une amplitude de vibration supérieure à un seuil d'amplitude caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à une durée caractéristique de la partie considérée ; - une étape de transmission, mise en oeuvre par un module de transmission au moins si des composantes du signal correspondant à des vibrations sont conservées dans le signal filtré dans la deuxième étape de filtrage, consistant à transmettre à un dispositif utilisateur un rapport indiquant la détection de vibrations présentes dans la partie considérée. [0008] Ainsi, grâce à l'invention, il est possible de localiser la source de vibrations à bord de l'aéronef grâce aux étapes de filtrage qui permettent d'identifier une partie de l'aéronef qui comprend la source de ces vibrations. [0009] Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape de vérification, mise en oeuvre par un module de vérification, consistant à vérifier si les composantes du signal conservées dans la deuxième étape de filtrage correspondent ou non à des vibrations susceptibles de se produire pendant une configuration courante de l'aéronef ou pendant une phase de vol courante de l'aéronef, l'étape de transmission étant mise en oeuvre en outre si les composantes du signal conservées dans la deuxième étape de filtrage ne correspondent pas à des vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef. [0010] Selon une particularité, l'étape de vérification comprend : - une sous-étape de réception, mise en oeuvre par un sous-module de réception, consistant à recevoir des informations concernant la configuration courante de l'aéronef et la phase de vol courante de l'aéronef, - une sous-étape de détermination de vibrations, mise en oeuvre par un module de détermination de vibrations, consistant à déterminer les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef à partir des informations, - une sous-étape de comparaison, mise en oeuvre par un sous-module de com- 3 paraison, consistant à comparer les vibrations correspondant aux composantes du signal conservées du signal filtre dans la deuxième étape de filtrage avec les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef [0011] Par ailleurs, la deuxième étape de filtrage comprend les sous-étapes suivantes : - une sous-étape de détermination d'enveloppe, mise en oeuvre par un sous-module de détermination d'enveloppe, consistant à déterminer une enveloppe du signal filtre dans la première 'étape de filtrage, - une sous-étape de détection, mise en oeuvre par un sous-module de détection, consistant à détecter un ou des pics de l'enveloppe présentant une amplitude supérieure au seuil d'amplitude caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à la durée caractéristique de la partie considérée. [0012] Les composantes du signal conservées correspondent aux vibrations comprises dans un ou des pics de l'enveloppe détectes dans la sous-étape de détection. [0013] L'invention concerne également un système de détection et d'identification de vi- brations d'un aéronef [0014] Selon l'invention, le système comprend au moins : - un module de réception configure pour recevoir un signal représentatif de vibrations présentes à bord de l'aéronef, le signal étant mesure par un module de mesure ; - un premier module de filtrage configure pour filtrer le signal mesure, en supprimant des composantes du signal correspondant à des vibrations présentant une fréquence de vibration extérieure à une bande de fréquence caractéristique d'une partie considérée de l'aéronef ; - un deuxième module de filtrage configure pour filtrer le signal filtré par le premier module de filtrage en conservant des composantes du signal correspondant à des vibrations présentant une amplitude de vibration supérieure à un seuil d'amplitude caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à une durée caractéristique de la partie considérée ; - un module de transmission configure pour transmettre à un dispositif utilisateur un rapport indiquant la détection de vibrations présentes dans la partie considérée au moins si des composantes du signal con-espondant à des vibrations sont conservées dans le signal filtré par le deuxième module de filtrage. [0015] Avantageusement, le système comprend en outre un module de vérification configure pour vérifier si les composantes du signal conservées par le deuxième module de filtrage correspondent ou non à des vibrations susceptibles de se produire pendant une configuration courante de l'aéronef ou pendant une phase de vol courante de l'aéronef, le module de transmission étant configure pour transmettre au dispositif utilisateur le rapport en outre si les composantes du signal conservées par le deuxième module de filtrage ne correspondent pas à des vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef. [0016] Selon une particularité, le module de vérification comprend : - un sous-module de réception configure pour recevoir des informations concernant la configuration courante de l'aéronef et la phase de vol courante de l'aéronef, - un sous-module de détermination de vibrations configure pour déterminer les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef à partir des informations, - un sous-module de comparaison configure pour comparer les vibrations correspondant aux composantes du signal conservées du signal filtré par le deuxième module de filtrage avec les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef ou pendant la phase de vol de l'aéronef. [0017] Par ailleurs, le deuxième module de filtrage comprend : - un sous-module de détermination d'enveloppe configure pour déterminer une enveloppe du signal filtré par le premier module de filtrage, - un sous-module de détection configure pour détecter un ou des pics de l'enveloppe présentant une amplitude supérieure au seuil d'amplitude caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à la durée caractéristique de la partie considérée. [0018] Les composantes du signal conservées correspondent aux vibrations comprises dans un ou des pics de l'enveloppe détectés par le sous-module de détection. [0019] L'invention concerne également un aéronef, notamment un avion de transport, comportant un système de détection et d'identification de vibrations d'un aéronef, tel que décrit ci-dessus. Brève description des dessins [0020] L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0021] [fig. I _1 La figure 1 représente un mode de réalisation du système de détection et d'identification de vibrations de cellule d'un aéronef [0022] [fig.2] La figure 2 représente un mode de réalisation du procédé de détection et d'identification. [0023] [fig.3] La figure 3 représente un aéronef embarquant le système de détection et d'identification. [0024] [fig.4a] La figure 4a représente le signal mesuré. [0025] [fig.4b] La figure 4b représente le signal représente le signal filtré par un filtre passe-bande ainsi que l'enveloppe supérieure du signal filtré. [0026] [fig.4c] La figure 4c représente l'enveloppe supérieure du signal filtré ainsi que le seuil d'amplitude caractéristique de la partie considérée et la durée caractéristique dc la partie considérée. Description des modes de réalisation [0027] Un mode de réalisation du système 1 de détection et d'identification de vibrations de cellule d'un aéronef AC est représenté sur la figure I. [0028] Dans la suite de la description, le « système I dc détection et d'identification de vi- brations » est appelé « système 1 ». [0029] Le système 1, pouvant être embarqué à bord d'un aéronef AC (figure 3), comprend un module de réception RECEPTION (« reception module » en anglais) 3 configure pour recevoir un signal 10 représentatif de vibrations présentes à bord de l'aéronef AC (figure 4a). [0030] Le signal 10 est mesuré par un module de mesure MEAS V1B (MEAS VIB pour « vibration measurcment module » en anglais) 2. Le module de mesure 2 peut comprendre une centrale inertielle (« incrtial reference system » ou « IRS » en anglais). Généralement, un aéronef AC embarque déjà une centrale inertielle. [0031] Le système 1 comprend en outre un module de filtrage FILTER1 (FILTER pour « filtering module » en anglais) 4 configure pour filtrer le signal 10 mesuré par le module dc mesure 2. Le module de filtrage 4 effectue la suppression des composantes du signal 10 correspondant à des vibrations présentant une fréquence dc vibration extérieure à une bande de fréquence caractéristique d'une partie considérée de la cellule de l'aéronef AC. Le module de filtrage 4 utilise donc un filtre passe-bande pour filtrer le signal 10 (figure 4a) mesuré par le module dc mesure 2. La partie considérée peut correspondre à élément dc la cellule, tel qu'une gouverne (« control surface » en anglais), ou une zone de la cellule, telle que la queue de la cellule, la partie centrale de la cellule ou le nez de la cellule. [0032] Le système 1 comprend également un module de filtrage FILTER2 5 configure pour filtrer le signal filtré 13 (figure 4b) par le module de filtrage 4. Le module de filtrage 5 conserve les composantes du signal (13) correspondant à des vibrations présentant une amplitude de vibration supérieure à un seuil d'amplitude 11 caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à une durée T caractéristique de la partie considérée. En effet, les vibrations d'une partie de la cellule de l'aéronef AC, 6 notamment d'une gouverne, ne sont pas continues. Ces vibrations apparaissent pour un temps limité dans certaines conditions. Toutefois, pour correspondre à des vibrations d'une partie considérée et pour confirmer que ce ne sont pas des vibrations parasites ou des vibrations causées par des turbulences, les signaux représentatifs de ces vibrations doivent être mesurables pendant une durée prédéterminée. De plus, l'amplitude des vibrations doit être suffisamment importante. [0033] Les bandes de fréquence, les seuils d'amplitude 11 et les durées T caractéristiques d'une partie considérée de la cellule de l'aéronef AC peuvent être stockées dans une base de données DB (DB pour « database » en anglais) 9. La base de données 9 peut être construite ou parametree à partir de propriétés théoriques des différentes parties de l'aéronef AC et à partir d'expériences d'essais en vol. [0034] Selon un mode de réalisation, le module de filtrage 5 comprend un sous-module de détermination d'enveloppe SUB DET1 (SUB DET pour « &tern-lining sub-module » en anglais) 51 configure pour déterminer une enveloppe 12 du signal filtre 13 par le premier module de filtrage 4. Comme représente sur la figure 4b, le sous-module de détermination d'enveloppe 51 détermine l'enveloppe supérieure du signal filtré 13. [0035] Le module de filtrage 5 peut aussi comprendre un sous-module de détection SUB DETECT (SUB DETECT pour « dctection sub-module » en anglais) 52 configure pour détecter un ou des pics 14, 15 dc l'enveloppe 12 présentant une amplitude supérieure au seuil d'amplitude 11 caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à la durée T caractéristique de la partie considérée. [0036] Les composantes du signal conservées correspondent alors aux vibrations comprises dans le ou les pics 14, 15 de l'enveloppe 12 détectés par le sous-module de détection 52. [0037] Le système comprend également un module de transmission TRANS (TRANS pour « transmission module » en anglais) 7 configure pour transmettre à un dispositif utilisateur USER (USER pour « user device » en anglais) 8 un rapport indiquant la détection de vibrations présentes dans la partie considérée au moins si des composantes du signal (13) sont conservées dans le signal filtré par le module de filtrage 5. Le dispositif utilisateur 8 peut con-espowlre à un dispositif récepteur d'un service de maintenance d'aéronefs. Le rapport peut être intégré dans un rapport pour un système de surveillance de l'état des équipements de bord, ou autrement appelé rapport ASMS (« Aircraft Condition Monitoring System » en anglais). [0038] De préférence, le système 1 comprend en outre un module de vérification CHECK (CHECK pour « checking module » en anglais) 6 configure pour vérifier si les composantes du signal conservées par le module de filtrage 5 correspondent ou ne correspondent pas à des vibrations susceptibles de se produire pendant une configuration courante de l'aéronef AC ou pendant une phase de vol courante de l'aéronef AC. 7 [0039] Par exemple, certaines vibrations parasites peuvent être produites par une manoeuvre de sortie de trains d'atterrissage. Cette manoeuvre peut être en effet la source de vibrations parasites. De même, certaines vibrations parasites peuvent être produites quand la vitesse de l'aéronef AC est faible, car généralement les gouvernes ne vibrent pas à vitesse faible. [0040] Le module de vérification 6 permet donc de s'assurer que les composantes du signal conservées par le module de filtrage 5 correspondent bien à des vibrations produites à la partie considérée. [0041] Le module de transmission 7 est alors configure pour transmettre au dispositif uti- lisateur 8 le rapport en outre si les composantes du signal conservées par le module de filtrage 5 ne correspondent pas à des vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef AC ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef AC. [0042] Avantageusement, le module de vérification 6 peut comprendre un sous-module de réception SUB RECEPTION 61 configure pour recevoir des informations 9 concernant la configuration courante de l'aéronef AC et la phase de vol courante de l'aéronef AC. Le module de réception 61 peut donc recevoir des informations indiquant dans quelle configuration courante se présente l'aéronef AC et dans quelle phase de vol courante vole l'aéronef AC. [0043] Le module de vérifications 6 peut comprendre également un sous-module de déter- mination de vibrations SUB_DET2 62 configure pour déterminer les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef AC ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef AC à partir des informations 9. Les vibrations correspondant aux configurations dans lesquelles l'aéronef AC peut se présenter et les phases de vol peuvent être stockées dans la base de données 9. De même, ces vibrations recueillies dans la base de données 9 peuvent avoir été déterminées à partir de propriétés théoriques des différentes parties de l'aéronef AC et à partir d'expériences d'essais en vol. [0044] Le module de vérifications peut aussi comprendre un sous-module de comparaison SUB_COMPAR1SON 63 configure pour comparer les composantes du signal conservées du signal filtré par le module de filtrage 5 avec les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef AC ou pendant la phase de vol de l'aéronef AC. [0045] Les figures 4a, 4b et 4c représentent un exemple de mise en oeuvre du système 1 pour des vibrations de gouvernes. Les gouvernes aérodynamiques, qui ne sont pas équilibrées statiquement ou qui sont partiellement équilibrées, s'appuient généralement sur une rigidité de contrainte (« stifthess constraint » en anglais) pour prévenir les battements (« tlutter » en anglais). La présence de jeu sur les actionneurs et les lignes 8 de charnière conduisent en vol à des oscillations de cycle limite (LCO ou « Li m it Cycle Oscillation » en anglais) qui se répercutent en vibrations au niveau global de l'aéronef. [0046] La figure 4a représente un signal 10 mesuré, par une centrale inertielle, qui est repré- sentatif de vibrations correspondant à des oscillations en cycle limite. [0047] La figure 4b représente le signal 13 filtré par un filtre passe-bande du module de filtrage 3 ainsi que l'enveloppe supérieure 12 du signal filtré 13 déterminée par le sous-module de détermination d'enveloppe 41. [0048] La figure 4c représente l'enveloppe supérieure 12 du signal filtré 13 ainsi que le seuil d'amplitude 11 caractéristique de la partie considérée et la durée T caractéristique de la partie considérée. Cette figure montre que le sous-module de détection 42 détecte le pic 15 qui présente une hauteur supérieure au seuil d'amplitude 11 et une durée supérieure à la durée T. Le pic 14 n'est pas détecté car la durée du pic 14 est inférieure à la durée T, bien que sa hauteur soit supérieure au seuil d'amplitude 11. [0049] Ainsi, seules les vibrations 17 qui se trouvent sous le pic 15 sont traitées pour vérifier si elles correspondent à des vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef AC ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef AC. Les vibrations 16 ne sont pas traitées. [0050] L'invention concerne également un procédé de détection et d'identification de vi- brations d'un aéronef AC. Le procédé est représenté schématiquement sur la figure 2. [0051] Le procédé comprend au moins : - une étape El dite de réception de vibrations, mise en oeuvre par le module de réception 3, consistant à recevoir un signal 10 représentatif de vibrations présentes à bord de l'aéronef AC, le signal 10 étant mesuré par un module de mesure 2 ; - une étape E2 de filtrage, mise en oeuvre par le module de filtrage 3, consistant à filtrer le signal 10 mesuré en supprimant des composante du signal 10 correspondant à des vibrations présentant une fréquence de vibration extérieure à une bande de fréquence caractéristique d'une partie considérée de l'aéronef AC; - une étape E3 de filtrage, mise en oeuvre par le module de filtrage 4, consistant à filtrer le signal filtré 13 dans l'étape E2 de filtrage en conservant des composantes du signal 13 correspondant à des vibrations présentant une amplitude de vibration supérieure à un seuil d'amplitude 11 caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à une durée T caractéristique de la partie considérée ; - une étape E5 de transmission, mise en oeuvre par le module de transmission 6 au moins si des composantes du signal 13 correspondant à des vibrations sont conservées dans le signal filtré dans l'étape E3 de filtrage, consistant à transmettre au dispositif utilisateur 7 un rapport indiquant la détection de vibrations présentes dans la partie considérée. 9 [0052] Le procédé peut comprendre en outre une étape E4 de vérification, mise en oeuvre par le module de vérification 5, consistant à vérifier si les composantes du signal 13 conservées dans l'étape E3 de filtrage correspondent ou non à des vibrations susceptibles de se produire pendant une configuration courante de l'aéronef AC ou pendant une phase de vol courante de l'aéronef AC. L'étape E5 de transmission est mise en oeuvre en outre si les composantes du signal 13 conservées dans l'étape E3 de filtrage ne correspondent pas à des vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef AC ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef AC. [0053] L'étape E4 de vérification peut comprendre : - une sous-étape E41 de réception, mise en oeuvre par le sous-module de réception 51, consistant à recevoir des informations 8 concernant la configuration courante de l'aéronef AC et la phase de vol courante de l'aéronef AC, - une sous-étape E42 de détermination de vibrations, mise en oeuvre par le module de détermination de vibrations 52, consistant à déterminer les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef AC ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef AC à partir des informations 8, - une sous-étape E43 de comparaison, mise en oeuvre par le sous-module de comparaison 53, consistant à comparer les composantes du signal 13 conservées du signal filtré 13 dans l'étape E3 de filtrage avec les vibrations susceptibles de se produire pendant la configuration courante de l'aéronef AC ou pendant la phase de vol courante de l'aéronef AC. [0054] L'étape E3 de filtrage peut comprendre les sous-étapes suivantes : - une sous-étape E31 de détermination d'enveloppe, mise en oeuvre par le sous-module de détermination d'enveloppe 41, consistant à déterminer une enveloppe 12 du signal filtré 13 dans l'étape E2 de filtrage, - une sous-étape E32 de détection, mise en oeuvre par le sous-module de détection 42, consistant à détecter un ou des pics 14, 15 de l'enveloppe 12 présentant une amplitude supérieure au seuil d'amplitude 11 caractéristique de la partie considérée pendant une durée supérieure à la durée T caractéristique de la partie considérée. [0055] Les composantes du signal conservées correspondent aux vibrations comprises dans un ou des pics de l'enveloppe détectés dans la sous-étape E32 de détection. [Revendication 1] [Revendication 2]