Brevet FR3135782A1 — publié le 20231124

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE ACTIF DES VIBRATIONS D’UNE PIÈCE ET SYSTÈME ASSOCIÉ Un aspect de l’invention concerne un procédé de contrôle actif des vibrations d’une pièce structurelle (110) couplée à une source de vibration (16), comprenant : évaluer un état de santé de la pièce (110) ; déterminer une bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration (16) ; identifier au moins un mode de vibration de la pièce structurelle (110) à atténuer en fonction de son état de santé (K), chaque mode de vibration identifié étant compris dans la bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration (16) ; calculer une loi de commande (U) des transducteurs ; et atténuer, au moyen des transducteurs (31) suivant la loi de commande (U), l’amplitude de chaque mode de vibration identifié. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3 PROCÉDÉ DE CONTRÔLE ACTIF DES VIBRATIONS D’UNE PIÈCE ET SYSTÈME ASSOCIÉ DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui du contrôle actif des vibrations d’une pièce structurelle d’un ensemble propulsif pour aéronef. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Une pièce structurelle d’un ensemble propulsif, telle qu’une entrée d’air d’une nacelle d’ensemble propulsif, peut être soumise à un environnement opérationnel sévère et présenter une fatigue dynamique et/ou un niveau vibratoire élevé pendant son utilisation. Afin de réduire le risque de défaillance, l’identification d’une plage de fonctionnement dans un environnement opérationnel donné ou un surdimensionnement de la pièce structurelle peut être prévu. Un agenda de maintenance peut également être défini, cet agenda comprenant des inspections de la pièce, voire le remplacement de cette dernière lorsqu’elle présente un endommagement significatif. Afin de réduire le rythme de remplacement des pièces structurelles et également réduire le surdimensionnement desdites pièces, il est connu de mettre en œuvre un procédé de contrôle des vibrations d’une pièce mécanique, comprenant l’ajout d’un dispositif d’amortissement passif appelé « shunt ». Un shunt comprend une pluralité de transducteurs piézoélectriques distribués sur la pièce structurelle. Les électrodes de chaque transducteur piézoélectrique sont connectées à un circuit électrique résonant, par exemple de type RL, accordé à une fréquence de résonance de la pièce structurelle. Le shunt permet ainsi de réduire l’amplitude de vibration de ladite pièce à la fréquence de résonance ciblée. Lorsque la pièce présente plusieurs fréquences de résonance à atténuer, il suffit de mettre en œuvre plusieurs circuits électriques résonants, chacun des circuits étant accordé à une des fréquences de résonance de la pièce. En revanche, lorsque la pièce subit un endommagement, ses fréquences de résonance peuvent se décaler et s’éloigner des fréquences ciblées par le shunt, réduisant sa capacité d’amortissement. Afin de prendre en compte un endommagement de la pièce structurelle, l’article [« Damage Tolerant Active Control : Concept and State of Art » N. Mechbal et E. G. O. Nobrega, 8 ème symposium IFAC sur « Fault Detection, Supervision, and Safety of Technical Processes (SAFEPROCESS) », p.63-71, 2012] décrit un procédé de contrôle actif des vibrations tolérant à l’endommagement, également appelé « damage tolerant active control » en anglais. Un ensemble de transducteurs sont répartis sur une pièce. Les transducteurs sont pilotés par un contrôleur mettant en œuvre une loi de commande. Lorsqu’un dommage est détecté, la loi de commande du contrôleur est reconfigurée pour tenir compte du dommage détecté, de manière à réduire l’intensité des vibrations au niveau du dommage. L’évolution du dommage est ainsi ralentie, voire stoppée. La loi de commande du contrôleur peut être reconfigurée pour prendre en compte de nouvelles informations relatives au dommage détecté. Toutefois, l’obtention de la loi de commande peut nécessiter des moyens de calculs conséquents et un temps de calcul important, non compatible avec les contraintes d’un système embarqué d’un aéronef. Il existe donc un besoin d’un procédé de contrôle actif des vibrations d’une pièce structurelle d’un ensemble propulsif pour aéronef, qui soit tolérant à la présence d’un dommage et qui puisse être rapidement déployé. Un aspect de l’invention concerne un procédé de contrôle actif des vibrations d’une pièce structurelle d’un ensemble propulsif pour aéronef, l’ensemble propulsif comprenant une source de vibration, couplée à la pièce structurelle, une pluralité de transducteurs étant répartie sur la pièce structurelle, le procédé comprenant des étapes suivantes : évaluer un état de santé de la pièce structurelle au moyen d’une partie au moins des transducteurs, l’état de santé de la pièce structurelle comprenant une cartographie d’une propriété mécanique de ladite pièce structurelle ; déterminer une bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration à partir d’un mode de fonctionnement de l’ensemble propulsif ; identifier au moins un mode de vibration de la pièce structurelle à atténuer en fonction de son état de santé, chaque mode de vibration identifié étant compris dans la bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration ; calculer une loi de commande d’une partie au moins des transducteurs pour atténuer au moins un mode de vibration ciblé parmi ledit au moins un mode de vibration identifié ; et atténuer, au moyen des transducteurs suivant la loi de commande, l’amplitude de chaque mode de vibration ciblé lorsque la pièce structurelle est mise en vibration par la source de vibration. Par ensemble propulsif, on entend un ensemble comprenant une turbomachine et une nacelle supportant l’ensemble propulsif. Le procédé permet d’atténuer au moins un mode de vibration de la pièce structurelle lorsque cette dernière est mise en vibration par la source de vibrations. L’évaluation de l’état de santé prend en compte la présence ou non d’un endommagement de la pièce structurelle, par ses répercussions sur les propriétés structurelles de la pièce. Le calcul de la loi de commande, prenant en compte l’état de santé de la pièce structurelle, adapte l’atténuation d’un mode de vibration à la présence ou non d’un endommagement et également à une évolution de sa sévérité. La détermination de la bande de fréquence des vibrations générées par la source de vibration à partir d’un mode de fonctionnement de l’ensemble propulsif et le recoupement de cette bande de fréquence avec les modes de vibration identifiés permettent de simplifier le calcul de la loi de commande des transducteurs. Elle peut donc être obtenue plus rapidement, ce qui permet notamment au procédé d’être mis en œuvre dans de nombreuses situations de vol (atterrissage, décollage…). Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la pièce structurelle comprend un endommagement et dans lequel : l’évaluation de l’état de santé de la pièce structurelle comprend également la détermination d’une portion de la pièce structurelle comprenant cet endommagement ; au moins un mode de vibration ciblé est un mode de vibration de la portion de la pièce structurelle comprenant l’endommagement ; la source de vibration comprend une soufflante, un corps basse pression et un corps haute pression, et dans lequel la bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration est fonction de la vitesse de rotation d’éléments tournants de la soufflante, du corps basse pression et du corps haute pression ; le calcul de la loi de commande est réalisé à partir d’un modèle géométrique de la pièce structurelle ; le calcul de la loi de commande comprend une estimation d’une perturbation opérationnelle, indépendante des vibrations générées par la source de vibration, par exemple un bruit thermique ou un bruit électronique ; la pluralité de transducteurs comprend des premiers transducteurs et des deuxièmes transducteurs, distincts des premiers transducteurs, les premiers transducteurs étant configurés pour évaluer l’état de santé de la pièce, les deuxièmes transducteurs étant configurés pour atténuer l’amplitude de chaque mode de vibration ciblé en suivant la loi de commande ; les premiers transducteurs comprennent chacun un matériau céramique piézoélectrique et les deuxièmes transducteurs comprennent chacun un empilement de matériaux composites piézoélectriques ; la pièce structurelle est une pièce fixe de l’ensemble propulsif, telle qu’une entrée d’air ou un diffuseur, ou une pièce tournante de l’ensemble propulsif, telle qu’une aube de soufflante ou une pale de rotor pour hélicoptère. Un autre aspect de l’invention concerne un système de contrôle actif des vibrations d’une pièce structurelle d’un ensemble propulsif, ledit système comprenant : une pluralité de transducteurs configurés pour être répartis sur la pièce structurelle ; une unité d’acquisition qui, à partir de signaux transmis par une partie au moins des transducteurs, est configurée pour évaluer un état de santé de la pièce structurelle, l’état de santé de la pièce structurelle comprenant une cartographie d’une caractéristique mécanique de ladite pièce structurelle ; un contrôleur configuré pour : déterminer une bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration à partir d’un mode de fonctionnement de l’ensemble propulsif ; identifier au moins un mode de vibration de la pièce structurelle à atténuer en fonction de son état de santé, chaque mode de vibration identifié étant compris dans la bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration ; et calculer une loi de commande d’une partie au moins des transducteurs pour atténuer au moins un mode de vibration ciblé parmi ledit au moins un mode de vibration identifié ; une unité de pilotage configurée pour transmettre la loi de commande aux transducteurs afin d’atténuer l’amplitude de chaque mode de vibration ciblé lorsque la pièce structurelle est mise en vibration par la source de vibration. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. représente schématiquement un exemple d’un procédé de contrôle actif selon l’invention. représente schématiquement un premier mode de réalisation d’un système de contrôle actif selon l’invention, mettant en œuvre le procédé de contrôle actif de la . représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d’un système de contrôle actif selon l’invention, mettant en œuvre le procédé de contrôle actif de la . représente un premier résultat de simulation de contrôle actif de vibrations mettant en œuvre le procédé de contrôle actif selon l’invention. représente un deuxième résultat de simulation de contrôle actif de vibrations mettant en œuvre le procédé de contrôle actif de la . représente schématiquement un exemple de représentation d’état. Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Procédé (9) de contrôle actif des vibrations d’une pièce structurelle (110) d’un ensemble propulsif (1) pour aéronef, l’ensemble propulsif (1) comprenant une source de vibration (16), couplée à la pièce structurelle (110), une pluralité de transducteurs (31) étant répartie sur la pièce structurelle (110), le procédé (9) comprenant des étapes suivantes : évaluer (91) un état de santé (K) de la pièce structurelle (110) au moyen d’une partie au moins des transducteurs (31), l’état de santé de la pièce structurelle (110) comprenant une cartographie d’une propriété mécanique de ladite pièce structurelle (110) ; déterminer (92) une bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration (16) à partir d’un mode de fonctionnement de l’ensemble propulsif (1) ; identifier (93) au moins un mode de vibration de la pièce structurelle (110) à atténuer en fonction de son état de santé (K), chaque mode de vibration identifié étant compris dans la bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration (16) ; calculer (94) une loi de commande (U) d’une partie au moins des transducteurs pour atténuer au moins un mode de vibration ciblé parmi ledit au moins un mode de vibration identifié ; et atténuer (95), au moyen des transducteurs (31) suivant la loi de commande (U), l’amplitude de chaque mode de vibration ciblé lorsque la pièce structurelle (11) est mise en vibration par la source de vibration (16). Procédé (9) selon la revendication précédente, dans lequel la pièce structurelle (110) comprend un endommagement (2) et dans lequel : l’évaluation de l’état de santé (K) de la pièce structurelle (110) comprend également la détermination d’une portion (111) de la pièce structurelle (110) comprenant cet endommagement (2) ; au moins un mode de vibration ciblé est un mode de vibration de la portion (111) de la pièce structurelle (110) comprenant l’endommagement (2). Procédé (9) selon la revendication précédente, dans lequel la source de vibration 16 comprend une soufflante (12), un corps basse pression (13) et un corps haute pression (14), et dans lequel la bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration (16) est fonction de la vitesse de rotation (FP, N1, N2) d’éléments tournants de la soufflante, du corps basse pression et du corps haute pression. Procédé (9) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le calcul de la loi de commande est réalisé à partir d’un modèle géométrique de la pièce structurelle. Procédé (9) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le calcul de la loi de commande comprend une estimation d’une perturbation opérationnelle, indépendante des vibrations générées par la source de vibration (16), par exemple un bruit thermique ou un bruit électronique. Procédé (9) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pluralité de transducteurs comprend des premiers transducteurs et des deuxièmes transducteurs, distincts des premiers transducteurs, les premiers transducteurs étant configurés pour évaluer l’état de santé de la pièce, les deuxièmes transducteurs étant configurés pour atténuer l’amplitude de chaque mode de vibration ciblé en suivant la loi de commande (U). Procédé (9) selon la revendication précédente, dans lequel les premiers transducteurs comprennent chacun un matériau céramique piézoélectrique et les deuxièmes transducteurs comprennent chacun un empilement de matériaux composites piézoélectriques. Procédé (9) selon la revendication précédente, dans lequel la pièce structurelle (110) est une pièce fixe de l’ensemble propulsif, telle qu’une entrée d’air ou un diffuseur, ou une pièce tournante de l’ensemble propulsif (1), telle qu’une aube de soufflante ou une pale de rotor pour hélicoptère. Système (3) de contrôle actif des vibrations d’une pièce structurelle (110) d’un ensemble propulsif (1) pour aéronef, ledit système (3) comprenant : une pluralité de transducteurs (31) configurés pour être répartis sur la pièce structurelle (110) ; une unité d’acquisition (32) qui, à partir de signaux transmis par une partie au moins des transducteurs (31), est configurée pour évaluer un état de santé de la pièce structurelle, l’état de santé de la pièce structurelle (110) comprenant une cartographie d’une caractéristique mécanique de ladite pièce structurelle (110) ; un contrôleur (34) configuré pour : déterminer une bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration (16) à partir d’un mode de fonctionnement de l’ensemble propulsif (1) ; identifier au moins un mode de vibration de la pièce structurelle (110) à atténuer en fonction de son état de santé (K), chaque mode de vibration identifié étant compris dans la bande de fréquences des vibrations générées par la source de vibration (16) ; et calculer une loi de commande (U) d’une partie au moins des transducteurs pour atténuer au moins un mode de vibration ciblé parmi ledit au moins un mode de vibration identifié ; une unité de pilotage configurée pour transmettre la loi de commande (U) aux transducteurs (31) afin d’atténuer l’amplitude de chaque mode de vibration ciblé lorsque la pièce structurelle (11) est mise en vibration par la source de vibration (16).