Brevet FR3132901A1 — publié le 20230825

Procédé de détection de vibrations issues d’une machine tournante d’un aéronef. Le procédé de détection de vibrations d’une machine tournante (3) d’un aéronef (1) comprend les étapes suivantes : - acquérir (E1) des données de vol de l’aéronef correspondant à un signal mesuré par un capteur embarqué ; - acquérir (E3) une information correspondant à une vitesse de rotation courante de ladite machine tournante (3) ; - réaliser (E5) un filtrage fréquentiel du signal auquel correspondent les données de vol, de façon à conserver une bande de fréquences incluant une fréquence d’intérêt fonction de la vitesse de rotation de ladite machine tournante (3) ; - déterminer (E7) la présence de vibrations induites par la machine tournante lorsqu’une amplitude du signal filtré est supérieure à un seuil prédéterminé d’amplitude pendant au moins une durée prédéterminée ; - transmettre (E8) à un dispositif utilisateur (18), une information de détection de vibrations induites par la machine tournante lorsque la présence de vibrations est déterminée. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Procédé de détection de vibrations issues d’une machine tournante d’un aéronef. L’invention est relative au domaine de l’aide à la maintenance des aéronefs. Comme représenté sur la , un aéronef 1, en particulier un avion de transport, comporte généralement un fuselage 2 pourvu d’ailes 4, de moteurs de propulsion 3, d’une dérive 5 et de plans stabilisateurs 6. L’aéronef est également pourvu d’un ensemble de gouvernes, non représentées sur la , correspondant par exemple à des volets ou des ailerons équipant les ailes 4, à des gouvernes de profondeur associées aux plans stabilisateurs 6 ou encore à une gouverne de direction associée à la dérive 5. Une gouverne est généralement montée mobile en rotation autour d’un axe grâce à une ligne de charnière comportant un ensemble de rotules et permettant d’articuler ladite gouverne par rapport à un élément structurel de l’aéronef. Des manœuvres répétées de la gouverne au fur et à mesure de l’exploitation de l’aéronef peuvent entraîner, dans certaines circonstances, une usure de pièces mécaniques telles que les rotules. Il en résulte des jeux mécaniques, susceptibles d’entraîner des vibrations de la gouverne lorsque l’aéronef est en vol, notamment lorsque la gouverne est peu chargée aérodynamiquement. Ces vibrations ont une fréquence fixe prédéterminée, caractéristique de la gouverne considérée. Ces vibrations peuvent parfois se propager à la structure de l’aéronef et être ressenties par les passagers et par l’équipage de l’aéronef. De plus, des vibrations à bord de l’aéronef peuvent être issues de sources de vibrations de fréquence fixe prédéterminée autres que des gouvernes. Par exemple, des vibrations peuvent être issues d’une porte passagers de l’aéronef, d’une porte d’une case de train d’atterrissage de l’aéronef, d’un joint d’un carénage de l’aéronef, etc. L’aéronef comporte également un ensemble de machines tournantes telles notamment que les moteurs de propulsion 3, un générateur auxiliaire de puissance de type APU (« Auxiliary Power Unit » en anglais), des ventilateurs de différents systèmes tels par exemple qu’un système de conditionnement d’air, etc. Ces machines tournantes sont susceptibles de fonctionner avec des vitesses de rotation qui varient pendant l’utilisation de l’aéronef. Par exemple, la vitesse de rotation des moteurs de propulsion varie en fonction de la poussée commandée desdits moteurs pendant les différentes phases de vol de l’aéronef. Le fonctionnement d’une machine tournante induit des vibrations dont la fréquence correspond à la vitesse de rotation de la machine tournante. En l’absence de défaillance de la machine tournante, ces vibrations sont de faible amplitude et elles ne sont généralement pas ressenties par les passagers ou par les membres d’équipage de l’aéronef. Lors d’une défaillance de la machine tournante, celle-ci peut produire des vibrations d’amplitude suffisamment élevée pour que ces vibrations soient transmises au fuselage de l’aéronef et soient ressenties par les passagers ou par les membres d’équipage. Certaines machines tournantes telles que les moteurs de propulsion 3 sont équipées de capteurs locaux de vibrations qui permettent d’identifier l’origine desdites vibrations. Il est ainsi possible d’identifier l’origine de vibrations ressenties par les membres d’équipage lorsque celles-ci sont dues à des vibrations d’une machine tournante dont l’amplitude est supérieure à un seuil d’amplitude prédéterminé (correspondant à une défaillance de la machine tournante). Toutefois, dans certaines phases de vol de l’aéronef, des vibrations de faible amplitude de la machine tournante (amplitude inférieure au seuil d’amplitude prédéterminé) peuvent induire des vibrations d’amplitude amplifiée dans le fuselage ou dans le cockpit de l’aéronef, lesquelles peuvent être ressenties par les membres d’équipage. Cela peut notamment être le cas lorsque la vitesse de rotation de la machine tournante correspond temporairement à une fréquence de résonnance d’un élément mécanique de l’aéronef situé à proximité de la machine tournante. Un tel élément mécanique peut par exemple correspondre à un train d’atterrissage situé à proximité d’un moteur de propulsion de l’aéronef. Lorsque des vibrations sont ressenties par les membres d’équipage lors d’un vol de l’aéronef, les membres d’équipage rédigent un rapport qui est ensuite exploité par un service de maintenance de la compagnie aérienne exploitant l’aéronef afin d’identifier la source des vibrations et de réaliser les opérations de maintenance nécessaires. Lorsque la source de vibrations correspond à une machine tournante produisant des vibrations dont l’amplitude est inférieure au seuil d’amplitude prédéterminée, il est difficile d’identifier cette machine tournante comme étant à l’origine des vibrations ressenties par les membres d’équipage. Des techniciens du service de maintenance peuvent ainsi être amenés à démonter inutilement des gouvernes ou d’autres sources potentielles de vibrations pour rechercher une éventuelle défaillance, alors même que les vibrations issues de la machine tournante correspondent à un fonctionnement normal de l’aéronef. Il peut en résulter une immobilisation plus ou moins longue de l’aéronef, ce qui engendre un coût pour la compagnie aérienne. Il existe par conséquent un besoin pour identifier une situation dans laquelle des vibrations ressenties dans le fuselage ou le cockpit correspondent à des vibrations issues d’une machine tournante. De même, si une machine tournante n’est pas équipée d’un capteur local de vibrations, il est difficile de savoir si cette machine tournante est à l’origine de vibrations ressenties par les membres d’équipage. Les solutions existantes pour détecter l’origine de vibrations à bord d’un aéronef sont prévues pour détecter des vibrations de fréquence fixe, mais pas pour détecter des vibrations de fréquence variable issues d’une machine tournante. Elles ne sont donc pas appropriées lorsque les vibrations proviennent d’une machine tournante. La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne un procédé de détection de vibrations issues d’une machine tournante d’un aéronef. Ce procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes mises en œuvre par une unité de traitement d’un calculateur : - acquérir des données de vol de l’aéronef correspondant à au moins un signal mesuré par au moins un capteur embarqué à bord de l’aéronef ; - acquérir une information correspondant à une vitesse de rotation courante de ladite machine tournante de l’aéronef ; - réaliser un filtrage fréquentiel de l’au moins un signal auquel correspondent les données de vol, de façon à conserver une bande de fréquences incluant une fréquence d’intérêt fonction de la vitesse de rotation de ladite machine tournante de l’aéronef ; - déterminer une amplitude du signal filtré à l’étape précédente ; - déterminer la présence de vibrations induites par la machine tournante lorsque l’amplitude du signal filtré est supérieure à un seuil prédéterminé d’amplitude pendant au moins une durée prédéterminée ; - transmettre à un dispositif utilisateur, une information de détection de vibrations induites par la machine tournante lorsque la présence de telles vibrations est déterminée à l’étape précédente. Ainsi, le procédé permet de déterminer que d’éventuelles vibrations perçues dans le fuselage ou dans le cockpit de l’aéronef, sont issues d’une machine tournante de l’aéronef. Ce procédé est particulièrement avantageux, car il permet de déterminer que les vibrations ont pour origine ladite machine tournante, même si l’amplitude des vibrations mesurées par un capteur local de la machine tournante est inférieure à un seuil d’amplitude prédéterminé ou même si la machine tournante n’est pas équipée d’un tel capteur local de vibrations. Le procédé est notamment utile lorsque des vibrations de faible amplitude au niveau de la machine tournante sont amplifiées par un élément structurel de l’aéronef dont la fréquence de résonnance correspond à la fréquence desdites vibrations. Le procédé permet alors de déterminer qu’il n’y a pas de dysfonctionnement de la machine tournante ou d’une autre source de vibrations de l’aéronef, ce qui évite des opérations inutiles de maintenance de l’aéronef qui pourraient être longues et coûteuses. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’au moins un capteur embarqué à bord de l’aéronef correspond à un capteur d’accélération. De façon avantageuse, ledit capteur d’accélération fait partie d’une centrale inertielle de l’aéronef. De façon particulière, ledit capteur d’accélération est situé à proximité du centre de gravité de l’aéronef. Selon une première alternative, la fréquence d’intérêt est une fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante. Selon une deuxième alternative, le procédé comprend en outre : - une étape de détermination d’une fréquence d’échantillonnage du signal correspondant aux données de vol acquises à l’étape d’acquisition de données de vol de l’aéronef ; et - une étape de détermination de la fréquence d’intérêt, telle que si une fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est inférieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, la fréquence d’intérêt est égale à la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante et, si la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, la fréquence d’intérêt est égale à une fréquence de repliement de spectre de la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage. Dans un premier mode de réalisation, le procédé est mis en œuvre à bord de l’aéronef. Dans un deuxième mode de réalisation, le procédé est mis en œuvre au sol, les données de vol acquises à l’étape d’acquisition de données de vol provenant d’un enregistreur de données de vol de l’aéronef dans lequel elles ont été enregistrées pendant au moins un vol de l’aéronef. De façon particulière, la machine tournante correspond à l’une des machines tournantes suivantes : - un moteur de propulsion de l’aéronef ; - un générateur auxiliaire de puissance de l’aéronef ; - un ventilateur d’un système de l’aéronef. 1) Procédé de détection de vibrations issues d’une machine tournante (3) d’un aéronef (1), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes mises en œuvre par une unité de traitement (15) d’un calculateur (14) : - acquérir (E1) des données de vol de l’aéronef correspondant à au moins un signal mesuré par au moins un capteur embarqué à bord de l’aéronef ; - acquérir (E3) une information correspondant à une vitesse de rotation courante de ladite machine tournante (3) de l’aéronef ; - réaliser (E5) un filtrage fréquentiel de l’au moins un signal auquel correspondent les données de vol, de façon à conserver une bande de fréquences incluant une fréquence d’intérêt fonction de la vitesse de rotation de ladite machine tournante (3) de l’aéronef ; - déterminer (E6) une amplitude du signal filtré à l’étape précédente ; - déterminer (E7) la présence de vibrations induites par la machine tournante lorsque l’amplitude du signal filtré est supérieure à un seuil prédéterminé d’amplitude pendant au moins une durée prédéterminée ; - transmettre (E8) à un dispositif utilisateur (18), une information de détection de vibrations induites par la machine tournante lorsque la présence de telles vibrations est déterminée à l’étape précédente. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’au moins un capteur embarqué à bord de l’aéronef correspond à un capteur d’accélération. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capteur d’accélération fait partie d’une centrale inertielle de l’aéronef. 4) Procédé selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit capteur d’accélération est situé à proximité du centre de gravité de l’aéronef. 5) Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fréquence d’intérêt est une fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante. 6) Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - une étape (E2) de détermination d’une fréquence d’échantillonnage (Fe) du signal correspondant aux données de vol acquises à l’étape (E1) d’acquisition de données de vol de l’aéronef ; et - une étape (E4) de détermination de la fréquence d’intérêt, telle que si une fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est inférieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage (Fe), la fréquence d’intérêt est égale à la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante et, si la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage (Fe), la fréquence d’intérêt est égale à une fréquence de repliement de spectre de la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage. 7) Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre à bord de l’aéronef. 8) Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre au sol, les données de vol acquises à l’étape (E1) d’acquisition de données de vol provenant d’un enregistreur de données de vol de l’aéronef dans lequel elles ont été enregistrées pendant au moins un vol de l’aéronef. 9) Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine tournante correspond à l’une des machines tournantes suivantes : - un moteur (3) de propulsion de l’aéronef ; - un générateur auxiliaire de puissance de l’aéronef ; - un ventilateur d’un système de l’aéronef.