Brevet FR3162421A1 — publié le 20251128

L’invention concerne un procédé de surveillance d’une nacelle d’aéronef, le procédé comprenant des étapes consistant à : acquérir et stocker, par un processeur (ACT) embarqué dans l’aéronef, des données de mesure issues d’un ensemble capteurs de tem (SN) répartis sur une surface d’une structure composite fixe de la nacelle ; transmettre des données de maintenance issues des données de mesure stockées, par un réseau de transmission (NT), lorsque l’aéronef est au sol ; recevoir et stocker, par un système de maintenance (GCT) au sol, les données de mesures transmises ; détecter en fonction des données de maintenance des dommages potentiels de la structure composite fixe ; et déterminer par le système de maintenance, des opérations de maintenance à effectuer en fonction des dommages potentiels détectés de la structure composite fixe. Figure 3 Système préventif de surveillance thermique d’une structure interne fixe dans une nacelle de turboréacteur La présente invention concerne un système de surveillance visant à définir de manière préventive des opérations de maintenance effectuées dans la nacelle d’un turboréacteur équipant un aéronef. Etat de la technique Une nacelle de turboréacteur présente généralement une structure sensiblement tubulaire comprenant une entrée d’air en amont du turboréacteur, un ensemble intermédiaire destiné à entourer une soufflante du turboréacteur et un ensemble arrière pouvant intégrer des moyens d’inversion de poussée et destiné à entourer la chambre de combustion et tout ou partie des étages de compresseur et de turbine du turboréacteur. La nacelle est généralement terminée par une tuyère d’éjection dont la sortie est située en aval du turboréacteur. Les nacelles modernes sont destinées à abriter un turboréacteur double flux apte à générer, d’une part, un flux d’air chaud (également appelé flux primaire) issu de la chambre de combustion du turboréacteur et circulant dans un espace délimité par un compartiment de forme sensiblement tubulaire appelé compartiment "core", et d’autre part, un flux d’air froid (appelé "flux secondaire") issu de la soufflante et circulant à l’extérieur du turboréacteur à travers un passage annulaire, appelé "veine", formé entre une structure interne définissant un carénage du turboréacteur et une paroi interne de la nacelle. Les deux flux d’air sont éjectés du turboréacteur par la tuyère à l’arrière de la nacelle. Le compartiment "core" comprend une enveloppe externe servant de carter, appelée structure fixe interne (IFS : "Internal fixed structure"), généralement réalisée en structure composite. Il s’avère que cette structure interne fixe est soumise à de fortes contraintes thermiques. Afin de protéger thermiquement cette structure interne IFS, il est connu d’avoir recours à des panneaux de protection thermique permettant notamment d’isoler les composants de la nacelle de l’environnement moteur, afin de maintenir ceux-ci à des températures acceptables et ainsi de leur conférer une durée de vie minimum. Ces panneaux de protection thermique assurent également une protection anti-feu. Ils peuvent être utilisés dans d’autres zones de la nacelle dans lesquelles il existe un risque d’incendie. Les panneaux de protection thermique comprennent généralement au moins un matelas isolant, qui peut être fabriqué à partir de fibres de silice, de céramique ou d’un matériau microporeux. Le matelas peut être fixé entre des feuillards généralement en inox. Lors d’inspections de maintenance sur les turboréacteurs, de nombreux éléments d’IFS ont été découverts avec un défaut suite à un échauffement local sur la structure composite. Ces échauffements résultent d’une détérioration préalable de la protection thermique, au point que cette dernière ne peut plus assurer la protection de la structure composite. Dans ces conditions, la structure composite peut donc être soumise à un flux thermique ayant une température excessive. Ce flux peut avoir un impact significatif sur la tenue mécanique d’une pièce de la structure, et imposer une réparation de la pièce, voire à un changement intégral de la pièce. La détection tardive de tels échauffements conduit donc potentiellement à des remplacements ou à des réparations plus complexes et plus étendues de la structure composite, et des immobilisations au sol plus longues et plus fréquentes. Or, à l’heure actuelle, il n’existe pas de solution pour détecter en vol l’échauffement de la structure composite de l’IFS. Il est donc souhaitable de proposer un système qui puisse détecter plus rapidement une surchauffe d’une structure composite telle que celle de l’IFS pendant le vol, de l’analyser et de définir une opération de maintenance dans un délai compatible avec un état de dommages estimé. En effet, l’optimisation des opérations de maintenance peut permettre de réduire le nombre de pièces rebutées et de réduire la durée et le nombre des immobilisations au sol de l’aéronef. La fiabilité opérationnelle de l’appareil peut ainsi être améliorée. Résumé Des modes de réalisation concernent un procédé de surveillance d’une nacelle d’aéronef, le procédé comprenant des étapes consistant à : acquérir et stocker, par un processeur embarqué dans l’aéronef, des données de mesure issues d’un ensemble de capteurs de température répartis sur une surface d’une structure composite fixe de la nacelle ; transmettre des données de maintenance issues des données de mesure stockées, par un réseau de transmission, lorsque l’aéronef est au sol ; recevoir et stocker, par un système de surveillance au sol, les données de maintenance transmises ; détecter en fonction des données de maintenance, des dommages potentiels de la structure composite fixe ; et déterminer par le système de maintenance, des opérations de maintenance à effectuer en fonction des dommages potentiels détectés de la structure composite fixe. Selon un mode de réalisation, les capteurs sont répartis : en fonction de la configuration de flux chauds atteignant la structure composite, et/ou en fonction d’effets thermiques potentiels sur la structure composite fixe en cas d’endommagement de la couche de protection thermique, et/ou sur des zones de la structure composite fixe susceptibles d’être soumises aux températures les plus élevées, et/ou sur des zones de la structure composite soumises à des efforts mécaniques les plus importants. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de test fonctionnel pour vérifier l’opérabilité des capteurs de température et du processeur embarqué. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de d’adaptation par le processeur d’une fréquence d’échantillonnage des données de mesure en fonction d’une phase de vol, pour réduire le volume de données de maintenance à transmettre. Selon un mode de réalisation, la transmission des données de maintenance est réalisée : par un module existant embarqué dans l’aéronef, de transmission de données vers le système de surveillance au sol, ou bien par un module de transmission d’une unité de surveillance embarquée dans l’aéronef, dédié à la transmission des données de maintenance vers le système de surveillance au sol, ou bien en utilisant un réseau commun à d’autres équipements de l’aéronef, ou bien en utilisant un réseau dédié à la transmission des données de maintenance. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la mise en œuvre d’un protocole d’authentification pour permettre au système de surveillance au sol d’approuver ou de refuser la réception des données de mesure, selon un résultat d’authentification. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes consistant à : valider les données de mesure issues des capteurs en appliquant des tests de confiance ; construire une cartographie de répartition de température sur la structure composite, à partir des données de mesure ; et évaluer un état de santé matière de la structure composite, au moins l’étape de validation étant exécutée par le processeur. Des modes de réalisation peuvent également concerner un système de surveillance embarqué d’une nacelle d’aéronef, comprenant : un ensemble de capteurs de température répartis sur une surface d’une structure composite fixe de la nacelle, un processeur relié à l’ensemble de capteurs, le système de surveillance étant configuré pour mettre en œuvre le procédé défini précédemment. Selon un mode de réalisation, les capteurs comprennent : des capteurs de température du type présentant une interface de communication RFID, et/ou des réseaux de Bragg sur des fibres optiques, et/ou des thermocouples, et/ou un ou plusieurs capteurs d’images thermiques. Des modes de réalisation peuvent également concerner un système de surveillance d’une nacelle d’aéronef, comprenant : un système de surveillance embarqué, tel que précédemment défini, et un système au sol configuré pour recevoir et stocker, recevoir des données émises par le système de surveillance, et déterminer des opérations de maintenance à effectuer sur la structure composite fixe en fonction des données reçues du système de surveillance. Brève description des figures La présente invention sera bien comprise à l’aide de la description qui suit d’exemples de réalisation en référence aux figures annexées, dans lesquelles des signes de références identiques correspondent à des éléments structurellement et/ou fonctionnellement identiques ou similaires. FIG. 1 Les ﬁgures 1A, 1B et 1C représentent schématiquement en coupe un élément de structure composite interne d’une nacelle de turboréacteur associée à une protection thermique, selon différents modes de réalisation, FIG. 2 Les ﬁgures 2A, 2B, 2C et 2D représentent schématiquement une partie embarquée d’un système de surveillance d’une structure composite fixe, selon divers modes de réalisation, FIG. 3 La ﬁgure 3 représente schématiquement des modules du système de surveillance, selon un mode de réalisation, FIG. 4 La ﬁgure 4 représente schématiquement des modules du système de surveillance, selon un autre mode de réalisation, Description détaillée Les ﬁgures 1A, 1B, 1C représentent une couche de protection thermique 2 recouvrant une structure composite 1 fixe telle que celle d’une nacelle de turboréacteur. La couche 2 peut être formée de plusieurs panneaux juxtaposés. Selon un mode de réalisation, la couche de protection thermique 2 est associée à des capteurs SN de température répartis sur la surface externe de la couche 2 (ﬁgure 1A). Les capteurs peuvent également être intégrés à l’intérieur de la couche 2 (ﬁgure 1B), ou répartis à la surface de la structure composite 1, recouverte par la couche 2 (ﬁgure 1C). Les capteurs SN peuvent comprendre des capteurs de température et éventuellement, des capteurs de pression. La ﬁgure 2A représente une partie embarquée d’un système de surveillance adapté à la surveillance d’une structure composite fixe. Le système embarqué comprend un processeur PRC, une interface de transmission TXI pour communiquer avec une partie au sol du système de surveillance, lorsque l’aéronef est au sol, un lecteur RFID RFR connecté à plusieurs antennes AT de type UHF, les capteurs de température TS étant du type présentant une interface de communication RFID ("Radio-Frequency Identification"). De cette manière, on limite le nombre et la longueur des fils à installer sur ou en vis-à-vis de la structure 1. La ﬁgure 2B représente la partie embarquée du système de surveillance, selon un autre mode de réalisation. La partie embarquée du système diffère de celui de la ﬁgure 2A en ce que les capteurs comprennent des réseaux de Bragg sur des fibres optiques OF réparties sur la structure composite, le processeur PRC étant relié aux fibres optiques OF par l’intermédiaire d’un circuit d’interface optoélectronique OPI. Chaque fibre optique transmet des impulsions lumineuses, une partie de la lumière incidente étant réfléchie par chaque réseau de Bragg, à la longueur d’onde de Bragg, tandis que le reste de la lumière incidente est transmis par la fibre optique. Lorsque la fibre optique subit une déformation ou une variation de température, la longueur d’onde de Bragg se décale. En détectant et en mesurant un tel décalage, il est possible d’obtenir des mesures localisées de la température le long de la fibre. La ﬁgure 2C représente la partie embarquée du système de surveillance, selon un autre mode de réalisation. Le système embarqué diffère de celui de la ﬁgure 2A en ce que les capteurs comprennent des thermocouples TC répartis sur la structure composite, en particulier suivant les configurations présentées dans les ﬁgures 1A, 1B, 1C. Le processeur PRC peut recevoir et traiter directement les signaux issus des thermocouples TC. La ﬁgure 2D représente la partie embarquée du système de surveillance, selon un autre mode de réalisation. Le système embarqué diffère de celui de la ﬁgure 2A en ce que les capteurs comprennent un ou plusieurs capteurs TIS d’images thermiques répartis sur la structure composite, le processeur PRC pouvant recevoir et traiter directement les images thermiques issues des capteurs. Si nécessaire, un circuit d’interface peut être prévu pour prétraiter les images thermiques. Les capteurs TIS peuvent être positionnés en tenant compte de la configuration de flux chauds susceptibles d’atteindre la structure composite 1. Bien entendu, les différents types de capteurs présentés sur les ﬁgures 2A à 2D peuvent être utilisés en combinaison, par exemple en fonction de la zone à surveiller de la structure composite. La répartition des capteurs SN (TS, TC, OF, TIS) sur la structure composite fixe 1 est déterminée en fonction des effets thermiques potentiels en cas d’endommagement de la couche de protection thermique 2. Selon un mode de réalisation, les capteurs de température sont positionnés de manière à détecter un flux thermique à une température excessive sur la pièce de structure composite, une telle température excessive pouvant révéler une brèche dans la protection thermique. A cet effet, une température mesurée peut être considérée comme excessive lorsque le flux thermique correspondant présente une énergie suffisante pour endommager la pièce de structure composite. Selon un mode de réalisation, les capteurs de température sont positionnés de préférence sur des zones de la structure composite soumises à des efforts mécaniques les plus importants. En effet, ces zones sont prépondérantes dans la santé matière de la structure composite dans son ensemble. Pour réduire le nombre de capteurs à répartir, ceux-ci peuvent être positionnés sur les zones de la structure composite susceptibles d’être soumises aux températures les plus élevées. Ces zones peuvent être préalablement identifiées par exemple à l’aide d’une caméra thermique. La ﬁgure 3 représente le système de surveillance de la structure composite. Le système comprend une unité de contrôle ACT embarquée dans l’aéronef AC, et une unité GCT de contrôle de surveillance au sol GND, communiquant avec l’unité de contrôle ACT par l’intermédiaire d’un réseau NT. L’unité de contrôle ACT est mise en œuvre par le processeur PRC connecté aux capteurs SN et qui exécute un module MNTM de surveillance, un module DSM de stockage de données et un module DTTX de transmission de données. Le module MNTM reçoit les mesures produites par les capteurs SN, à une cadence déterminée par un cycle d’interrogation, durant les périodes où le turboréacteur est activé. Le module MNTM transmet les mesures acquises au module DSM de stockage qui stocke les données localement. Le module DTTX est activé lorsque l’aéronef est au sol et l’unité de contrôle est reliée à une unité GCT de contrôle de surveillance au sol. Lorsqu’il est activé, le module DTTX transmet les données stockées par le module DSM de stockage. A cet effet, le module DTTX peut accéder au réseau NT, à la fois en émission et en réception, par l’intermédiaire d’un module d’interface de communication ATXI compatible avec le réseau NT. L’unité de contrôle ACT peut également comprendre un module BITM de test recevant les mesures issues des capteurs SN. Le module BITM peut être activé avant le décollage de l’aéronef pour vérifier si l’ensemble de l’unité ACT et des capteurs SN est opérationnel. Dans le cas où les résultats du test ne sont pas conformes aux résultats attendus, le système de surveillance peut agir de manière à ne pas impacter la disponibilité de l’aéronef. Selon un mode de réalisation, l’unité de contrôle ACT peut comprendre une unité d’alimentation autonome, indépendant du réseau avionique. Cette unité d’alimentation indépendant permet d’optimiser la consommation électrique de l’aéronef. L’activation de cette unité indépendante peut être effectuée en fonction du cas d’utilisation de l’appareil, tels que lors de l’utilisation des modules BITM, DTTX. Selon un mode de réalisation, l’unité de contrôle ACT est configurée pour acquérir des données de mesure des capteurs SN à une fréquence d’échantillonnage adaptée à la phase de vol. Ainsi, la fréquence d’échantillonnage peut être réduite lorsque la phase de vol en cours ne nécessite pas de mesures à une fréquence élevée. Ainsi, le volume des données de mesure à transmettre peut être réduit, ce qui permet également de réduire la consommation électrique de la partie embarquée du système de surveillance. L’unité GCT de contrôle de surveillance au sol comprend un processeur qui met en œuvre un module AMT de gestion d’accès, un module DTMT de gestion de données téléchargées, et un module DTPR de traitement de ces données. Le module AMT assure la gestion des accès à l’unité de contrôle ACT des aéronefs situés au sol à proximité. A cet effet, le module AMT peut communiquer avec le réseau NT par l’intermédiaire d’un module GTXI d’interface de communication compatible avec le réseau NT. Le module DTMT assure le stockage des données téléchargées par le module AMT dans une base de données au sol mémorisant les données téléchargées provenant d’une flotte d’aéronefs. Le module DTPR est configuré pour accéder à la base de données téléchargées relatives à un aéronef, et pour établir un diagnostic de maintenance de la structure fixe 1 des nacelles de l’aéronef. Selon un mode de réalisation, le module DSM de stockage de données applique un traitement de compression aux données avant de les stocker. De cette manière, le volume des données à stocker et à transmettre au sol peut être réduit. Le module DTMT ou DTPR est alors configuré pour appliquer aux données reçues de l’aéronef un traitement de décompression correspondant. Selon un mode de réalisation, le module ATXI est un système de transmission disponible à bord et utilisé par d’autres équipements de l’aéronef. Une solution alternative consiste à utiliser le module de transmission DTTX de l’unité de contrôle ACT pour communiquer les données récoltées au cours du vol vers le système de surveillance au sol GND, via le réseau NT. Le module DTTX est configuré pour détecter le protocole de communication mis en œuvre dans l’aéronef et activer une interface de communication correspondante. Ainsi, le module DTTX peut mettre en œuvre par exemple les protocoles ARINC, AFDX ("Avionics Full DupleX") ou CAN ("Controller Area Network"), et sélectionner celui mis en œuvre dans l’aéronef où est installé le système de surveillance de la structure composite des nacelles. L’interface GTXI au sol peut être configurée pour mettre en œuvre le même protocole de communication que l’interface ATXI. Le réseau NT peut être de type LoRa, 5G ou WiFi™. Selon un autre mode de réalisation, le réseau NT est distinct du réseau utilisé par les autres équipements de l’aéronef pour communiquer avec des systèmes au sol, et dédié à la transmission des données de mesure issues des capteurs SN, et les modules ATXI et GTXI d’interface de communication à bord de l’aéronef et au sol sont des interfaces spécifiques. Ainsi, le système de surveillance gagne en autonomie, facilitant ainsi l'intégration de l’unité ACT à bord de l’aéronef et élargissant les possibilités d'application à une gamme plus étendue d’aéronefs. Selon un mode de réalisation, les modules ATXI et GTXI d’interface de communication à bord de l’aéronef et au sol mettent en œuvre un protocole d’authentification pour permettre au module AMT de gestion d’accès d’approuver ou de refuser le téléchargement des données issues de l’unité de contrôle ACT, selon le résultat de l’authentification. Le protocole d’authentification mis en œuvre peut être configuré pour autoriser l’unité ACT embarquée à envoyer une requête à l’unité GCT au sol GND, laquelle procède à une analyse pour approuver ou refuser le téléchargement des données de l’unité ACT vers le module DTMT de gestion de données téléchargées. Cette mesure vise à prévenir d'éventuels risques liés à la cyber sécurité. Selon un mode de réalisation, les données brutes non traitées, issues des capteurs SN sont stockées par le module DSM et transmises au sol par le module DTTX. Le traitement des données étant pris totalement en charge par le module DTPR de l’unité GCT au sol. Le module DTPR peut être configuré pour (1) valider les données mesurées par les capteurs SN en appliquant des tests de confiance, (2) construire une cartographie de répartition de température sur la structure composite, et (3) évaluer un état de santé matière de la structure composite, par exemple par un calcul de marges ou en appliquant des seuils. L’état de santé matière de la structure composite permet de définir d’éventuelles opérations de maintenance lorsque cela s’avère nécessaire. Selon un mode de réalisation illustré par la ﬁgure 4, l’unité ACT comprend un module DPPR de prétraitement des données issues des capteurs SN. Le module DPPR traite en temps réel les données reçues des capteurs et stockées par le module DSM. Le module DTTX peut alors ne transmettre que les résultats du traitement de données réalisé par le module DPPR. Ainsi, le volume des données transmises par le réseau NT peut être réduit. Le réseau NT utilisé par le système peut donc présenter un débit plus faible. Selon un exemple de réalisation, le module DPPR est configuré pour réaliser tout ou partie des traitements de validation des données de mesure issues des capteurs, de construction d’une cartographie de répartition de température et d’évaluation d’un état de santé matière de la structure composite. Le module DPPR peut ainsi être configuré pour établir les diagnostics de maintenance et générer des alertes qui sont transmises à l’unité GCT au sol. Dans ce cas, l’unité GCT est chargée de compléter les traitements réalisés par le module DPPR, notamment pour établir des rapports de diagnostics et générer des recommandations destinées aux exploitants de l’aéronef. Grâce à ces dispositions, l'environnement IFS de la nacelle peut être sécurisé en permettant une détection de dommages dès leur apparition, voire une détection de dommages potentiels avant leur apparition, et la détermination de recommandations d’opérations de maintenance appropriées. Il apparaîtra clairement à l’homme de l’art que la présente invention est susceptible de diverses variantes de réalisation et diverses applications. En particulier, l’invention n’est pas limitée à la surveillance de l’exposition thermique de la structure composite d’une nacelle d’aéronef, mais peut s’appliquer à toute autre pièce composite exposée à des flux de chaleur pouvant l’endommager. 1. Procédé de surveillance d’une nacelle d’aéronef, le procédé comprenant des étapes consistant à : acquérir et stocker, par un processeur (PRC) embarqué dans l’aéronef, des données de mesure issues d’un ensemble de capteurs de température (SN, TC, OF, TIS) répartis sur une surface d’une structure composite fixe (1) de la nacelle ; transmettre des données de maintenance issues des données de mesure stockées, par un réseau de transmission (NT), lorsque l’aéronef est au sol ; recevoir et stocker, par un système de surveillance (GCT) au sol, les données de maintenance transmises ; détecter en fonction des données de maintenance, des dommages potentiels de la structure composite fixe ; et déterminer par le système de maintenance, des opérations de maintenance à effectuer en fonction des dommages potentiels détectés de la structure composite fixe. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les capteurs (SN, TS, TC, OF, TIS) sont répartis : en fonction de la configuration de flux chauds atteignant la structure composite (1), et/ou en fonction d’effets thermiques potentiels sur la structure composite fixe en cas d’endommagement de la couche de protection thermique (2), et/ou sur des zones de la structure composite fixe susceptibles d’être soumises aux températures les plus élevées, et/ou sur des zones de la structure composite soumises à des efforts mécaniques les plus importants. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant une étape de test fonctionnel pour vérifier l’opérabilité des capteurs de température (SN, TC, OF, TIS) et du processeur embarqué (PRC). Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant une étape de d’adaptation par le processeur (PRC) d’une fréquence d’échantillonnage des données de mesure en fonction d’une phase de vol, pour réduire le volume de données de maintenance à transmettre. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la transmission des données de maintenance est réalisée : par un module existant (ATXI) embarqué dans l’aéronef, de transmission de données vers le système de surveillance au sol (GND), ou bien par un module de transmission (DTTX) d’une unité de surveillance (ACT) embarquée dans l’aéronef, dédié à la transmission des données de maintenance vers le système de surveillance au sol (GND), ou bien en utilisant un réseau commun à d’autres équipements de l’aéronef, ou bien en utilisant un réseau dédié à la transmission des données de maintenance. 6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant la mise en œuvre d’un protocole d’authentification pour permettre au système de surveillance (GCT) au sol d’approuver ou de refuser la réception des données de mesure, selon un résultat d’authentification. 7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant des étapes consistant à : valider les données de mesure issues des capteurs (SN) en appliquant des tests de confiance ; construire une cartographie de répartition de température sur la structure composite, à partir des données de mesure ; et évaluer un état de santé matière de la structure composite, au moins l’étape de validation étant exécutée par le processeur. 8. Système de surveillance embarqué d’une nacelle d’aéronef, comprenant : un ensemble de capteurs de température (SN, TC, OF, TIS) répartis sur une surface d’une structure composite fixe (1) de la nacelle, un processeur (PRC) relié à l’ensemble de capteurs, le système de surveillance étant configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 7. 9. Système de surveillance selon la revendication 8, dans lequel les capteurs (SN, TC, OF, TIS) comprennent : des capteurs de température (SN) du type présentant une interface de communication RFID, et/ou des réseaux de Bragg sur des fibres optiques (OF), et/ou des thermocouples (TC), et/ou un ou plusieurs capteurs (TIS) d’images thermiques. 10. Système de surveillance d’une nacelle d’aéronef, comprenant : un système de surveillance embarqué, selon l’une des revendications 8 à 9, et un système au sol configuré pour recevoir et stocker, recevoir des données émises par le système de surveillance, et déterminer des opérations de maintenance à effectuer sur la structure composite fixe en fonction des données reçues du système de surveillance.