Brevet FR3128535A1 — publié le 20230428

L’invention concerne un procédé de surveillance d’un système mécanique rotatif d’un aéronef. Le procédé comprend notamment la détermination (205) d’une densité spectrale de puissance estimée ( ) d’un bruit (v) à partir d’un signal (x) représentatif de vibrations du système mécanique rotatif, la détermination (207) d’une densité spectrale de puissance égalisée (Q) en divisant la densité spectrale de puissance estimée ( ) du signal (x) par la densité spectrale de puissance estimée ( ) du bruit (v), l’extraction (215), dans la densité spectrale de puissance égalisée (Q), de pics (Q det ) et l’identification (217) d’une défaillance du système mécanique rotatif à partir des pics extraits. Figure pour l'abrégé : Figure 2 PROCEDE DE SURVEILLANCE D’UN SYSTEME MECANIQUE ROTATIF D’UN AERONEF Domaine technique de l'invention L’invention est relative au domaine de la surveillance, par l’analyse de signaux vibratoires, de l’état des systèmes mécaniques qui composent une turbomachine d’aéronef. Elle se rapporte, en particulier, à un procédé de surveillance d’un système mécanique rotatif d’un aéronef. Arrière-plan technique Dans un aéronef, les éléments mécaniques en rotation génèrent des vibrations qui peuvent résulter, outre leur fonctionnement normal, d'un balourd, d'une excentricité de masse, de roulements usés, d’arbres tordus ou mal alignés, etc. Dans ce cas, les vibrations générées ont un caractère cyclique dont la périodicité dépend de l’élément et du type de détérioration subi par cet élément. Par exemple, un défaut de balourd d’un rotor génère une composante purement sinusoïdale dont la fréquence instantanée est égale à celle de la rotation et l’amplitude est sensiblement proportionnelle au carré de la vitesse de rotation. Un autre exemple est le défaut d’alignement parallèle d’un arbre ayant pour conséquence de générer une vibration sinusoïdale à une fréquence double à celle de l’arbre. Ces défauts peuvent aboutir à la réduction de la durée de la vie des éléments mécaniques concernés voire à un arrêt intempestif du système mécanique auquel les éléments mécaniques sont intégrés. En outre, les défauts d’un élément mécanique peuvent affecter un autre élément mécanique appartenant au même système mécanique. Par exemple, un défaut d’alignement d’un arbre aboutit à une usure prématurée des paliers, joints et accouplements de la chaine cinématique à laquelle appartient cet arbre. L’analyse spectrale est une technique connue de l’analyse des signaux vibratoires. La périodicité des vibrations entraîne une signature desdites vibrations qui consiste en un ensemble de pics dans le domaine spectrale (ou domaine de Fourrier). Ainsi, sur la base d’une connaissance a priori de la cinématique d’un système mécanique surveillé, un opérateur peut déduire l’état dudit système mécanique, voire d’un élément mécanique unique du système, en surveillant l’évolution de l’amplitude de cette signature. Toutefois, dans la pratique, une connaissance a priori du système mécanique surveillé n’est pas garantie. En outre, dans un environnement tel qu’une turbomachine d’aéronef, la détection aveugle de pics spectraux est complexe en raison de la présence d’un bruit aléatoire élevé. En effet, les signaux vibratoires des systèmes mécaniques aéronautiques sont connus pour avoir un rapport signal sur bruit très faible et pour présenter un bruit coloré (par opposition à un bruit blanc). Dans la plupart des approches de l’état de la technique ce bruit est souvent considéré comme blanc gaussien ce qui n’est en pratique pas le cas. En outre, pour des systèmes mécaniques rotatifs d’aéronef, les spectres des signaux vibratoires présentent une grande complexité dans leur structure fréquentielle, ce qui rend la connaissance du nombre de pics irréalisable. La présente invention propose une solution à ces inconvénients. À cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de surveillance d’un système mécanique rotatif d’un aéronef comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’un signal représentatif de vibrations du système mécanique rotatif ; - détermination d’une densité spectrale de puissance estimée dudit signal ; - détermination d’une densité spectrale de puissance estimée d’un bruit à partir de la densité spectrale de puissance estimée du signal ; - détermination d’une densité spectrale de puissance égalisée égale à la densité spectrale de puissance estimée du signal divisée par la densité spectrale de puissance estimée du bruit ; - détermination d’une densité spectrale de puissance tronquée égale à l’ensemble des valeurs de la densité spectrale de puissance égalisée inférieures à un premier seuil ; - ajustement de la densité spectrale de puissance tronquée par une loi gamma tronquée ; - détermination, à partir de la loi gamma tronquée, d’un second seuil dit de détection ; - extraction, dans la densité spectrale de puissance égalisée, des pics supérieurs au seuil de détection ; et, - identification d’une défaillance du système mécanique rotatif à partir d’une comparaison des pics extraits avec une densité spectrale de puissance de référence. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le signal représentatif de vibrations est un signal vibratoire, de préférence obtenu à partir d’un accéléromètre, ou un signal acoustique, de préférence obtenu à partir d’un microphone. - la densité spectrale de puissance estimée du signal est déterminée à partir du calcul du périodogramme moyenné du signal. -la densité spectrale de puissance estimée du bruit est déterminée à partir d’une régression appliquée à la densité spectrale de puissance estimée du signal. - la régression est appliquée au logarithme népérien de la densité spectrale de puissance estimée du signal. - la fonction de régression utilisée est une fonction de type B-spline. - le premier seuil est fixé de sorte qu’un pourcentage déterminé des valeurs de la densité spectrale de puissance égalisée est conservé dans la densité spectrale de puissance tronquée. - l’ajustement de la densité spectrale de puissance tronquée par une loi gamma tronquée est réalisé à partir d’une maximisation d’une fonction de vraisemblance d’une densité de probabilité de ladite loi gamma tronquée. - le seuil de détection est déterminé tel que la densité de probabilité de la loi gamma tronquée est égale à une valeur prédéterminée dite probabilité de fausse alarme. - la densité spectrale de puissance de référence correspond à une densité spectrale de puissance égalisée obtenue pour un système mécanique rotatif d’une turbomachine d’aéronef sans défaillance. Brève description des figures La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est un schéma synoptique des étapes d’un procédé de surveillance selon un mode de mise en œuvre de l’invention ; la est un diagramme d’étapes d’un procédé de surveillance selon un mode de mise en œuvre de l’invention ; la est un exemple de densités spectrales de puissance de signaux représentatifs de vibrations d’un système mécanique rotatif selon l’invention ; la est un exemple de densités spectrales de puissance égalisées de signaux représentatifs de vibrations d’un système mécanique rotatif selon l’invention ; la est un exemple d’histogrammes obtenus à partir des densités spectrales de puissance égalisées représentées à la ; la est un exemple d’histogrammes tronqués obtenus à partir des densités spectrales de puissance égalisées représentées à la ; la est un exemple de densités spectrales de puissance égalisées et de seuils de détection selon l’invention ; et, la est un exemple de pics détectés à partir de signaux représentatifs de vibrations d’un système mécanique rotatif selon l’invention. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différents modes de réalisation ont les mêmes références dans les figures. Procédé de surveillance d’un système mécanique rotatif (101) d’un aéronef comprenant les étapes suivantes : acquisition (201) d’un signal (x) représentatif de vibrations du système mécanique rotatif (101) ; détermination (203) d’une densité spectrale de puissance estimée ( ) dudit signal (x) ; détermination (205) d’une densité spectrale de puissance estimée ( ) d’un bruit (v) à partir de la densité spectrale de puissance estimée ( ) du signal (x) ; détermination (207) d’une densité spectrale de puissance égalisée (Q) égale à la densité spectrale de puissance estimée ( ) du signal (x) divisée par la densité spectrale de puissance estimée ( ) du bruit (v) ; détermination (209) d’une densité spectrale de puissance tronquée (R) égale à l’ensemble des valeurs de la densité spectrale de puissance égalisée (Q) inférieures à un premier seuil (Q r ) ; ajustement (211) de la densité spectrale de puissance tronquée (R) par une loi gamma tronquée (g r ) ; détermination (213), à partir de la loi gamma tronquée (g r ), d’un second seuil dit de détection (V det ) ; extraction (215), dans la densité spectrale de puissance égalisée (Q), des pics (Q det ) supérieurs au seuil de détection (V det ) ; et, identification (217) d’une défaillance du système mécanique rotatif (101) à partir d’une comparaison des pics extraits (Q det ) avec une densité spectrale de puissance de référence (Q ref ). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le signal représentatif de vibrations (x) est un signal vibratoire, de préférence obtenu à partir d’un accéléromètre, ou un signal acoustique, de préférence obtenu à partir d’un microphone. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la densité spectrale de puissance estimée ( ) du signal (x) est déterminée à partir du calcul du périodogramme moyenné du signal (x). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la densité spectrale de puissance estimée ( ) du bruit (v) est déterminée à partir d’une régression appliquée à la densité spectrale de puissance estimée ( ) du signal (x). Procédé selon la revendication 4, dans lequel la régression est appliquée au logarithme népérien de la densité spectrale de puissance estimée ( ) du signal (x). Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel la fonction de régression utilisée est une fonction de type B-spline. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier seuil (Q r ) est fixé de sorte qu’un pourcentage déterminé (P trim ) des valeurs de la densité spectrale de puissance égalisée (Q) est conservé dans la densité spectrale de puissance tronquée (R). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’ajustement de la densité spectrale de puissance tronquée (R) par une loi gamma tronquée (g r ) est réalisé à partir d’une maximisation d’une fonction de vraisemblance d’une densité de probabilité de ladite loi gamma tronquée (g r ). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le seuil de détection (V det ) est déterminé tel que la densité de probabilité de la loi gamma tronquée (g r ) est égale à une valeur prédéterminée (α) dite probabilité de fausse alarme. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la densité spectrale de puissance de référence (Q ref ) correspond à une densité spectrale de puissance égalisée obtenue pour un système mécanique rotatif d’un aéronef sans défaillance.