Brevet FR3162276A1 — publié le 20251121

Dispositif de mesure pour caractériser une aube (6) d’un moteur d’aéronef, comportant au moins une chaîne de mesure qui comporte : - un module (1) d’émission d’onde lumineuse, comportant un émetteur Laser apte à émettre une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée de l’aube et à une distance prédéterminée de l’aube, - un module (2) de réception d’onde lumineuse, apte à recevoir une onde lumineuse réfléchie par l’aube et à produire un signal électrique, - un module (4) de traitement apte à traiter le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse et en déduire des données de grandeurs physiques de l’aube, - un module (5) d’analyse de données, apte à analyser les données de grandeurs physiques de l’aube. Figure pour l’abrégé : figure 1 DISPOSITIF DE MESURE POUR CARACTERISER UNE AUBE D’UN MOTEUR D’AERONEF La présente invention concerne la surveillance des aubes des moteurs d’aéronefs, en particulier des aubes non carénées. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef par des moyens optiques. ETAT DE L’ART ANTERIEUR Il existe un besoin de caractériser une aube à différentes positions de calage pour comprendre et optimiser les performances du module moteur de l’aéronef. Des solutions d’instrumentation sont connues pour les moteurs avec aubes carénées. Ces solutions mettent en œuvre des instruments de mesures disposés sur le carénage. Ces solutions ne sont donc pas exploitables pour les moteurs avec aubes non carénées. Pour caractériser une aube non carénée, il est possible d’envisager la mesure de contraintes par jauge. Cette technique ne répond que partiellement aux besoins en raison de son nombre de points de mesure. Elle impose une conception longue et onéreuse puis l’utilisation à risque d’une télémesure. Il est aussi possible d’envisager le réseau de Bragg, mais cette solution est potentiellement intrusive et n’est pas à ce jour au point sur pièce tournante. Il est encore possible d’envisager la photogrammétrie ou la vidéogrammétrie, mais cette solution est fortement contrainte par les conditions environnementales extérieures et par le positionnement des dispositifs de caméras et d’éclairages. EP 3 013 685 divulgue un procédé de mesure optique intégrée sous aile et dans l’aubage. Cependant cette technique se limite à la caractérisation vibratoire d’aubages. De plus, il ne s’agit pas d’une technique non intrusive, puisqu’elle nécessite l’intégration d’une fibre optique dans l’aube, ce qui peut impacter sa réponse vibratoire. De plus, la transmission du signal de mesure par la sonde peut être dégradée par la vibration de l’aube. L’invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un dispositif de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef, comportant au moins une chaîne de mesure qui comporte : - un module d’émission d’onde lumineuse, comportant un émetteur Laser apte à émettre une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée de l’aube et à une distance prédéterminée de l’aube, - un module de réception d’onde lumineuse, apte à recevoir une onde lumineuse réfléchie par l’aube et à produire un signal électrique, - un module de traitement apte à traiter le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse et en déduire des données de grandeurs physiques de l’aube, - un module d’analyse de données, apte à analyser les données de grandeurs physiques de l’aube. Grâce à l’invention, il est possible d’effectuer une mesure non intrusive permettant de mesurer des distances, la présence de l’aube devant le récepteur, des vitesses, des déformations, des déplacements, des déflections et des angles de calage/dévrillage d’une aube d’aéronef, sans contact et en conditions d’essais. L’invention s’applique particulièrement à des aubes non carénées, mais également à des aubes carénées, par exemple des aubes visibles depuis l’extérieur du carénage. Les données obtenues permettent l’étude, la surveillance ou la certification des aubes concernées. Selon une caractéristique préférée, le module d’émission d’onde lumineuse est apte à émettre des impulsions lumineuses. Selon une caractéristique préférée alternative, le module d’émission d’onde lumineuse est apte à émettre une onde lumineuse modulée en fréquence. Selon une caractéristique préférée, l’au moins une chaîne de mesure comporte une sonde optique apte à transporter les ondes lumineuses émises depuis l’émetteur vers la zone ciblée de l’aube et les ondes lumineuses réfléchies par l’aube vers le récepteur. Selon une caractéristique préférée, le dispositif de mesure comporte plusieurs chaînes de mesure aptes à émettre une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée respective de l’aube. Selon une caractéristique préférée, les plusieurs chaînes de mesure sont aptes à émettre chacune une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée respective de l’aube, la zone ciblée étant positionnée à une hauteur respective de l’aube, et/ou à une position angulaire respective autour de l’aube, et/ou dans un plan respectif. Selon une caractéristique préférée, le dispositif de mesure comporte au moins une chaîne de mesure apte à émettre une onde lumineuse en direction du sommet de l’aube, et à déterminer au moins une propriété parmi une déflexion par temps de passage du sommet de l’aube et une déformation longitudinale de l’aube. Selon une caractéristique préférée, le dispositif de mesure comporte au moins une chaîne de mesure apte à émettre une onde lumineuse en direction du bord de l’aube, et à déterminer au moins une propriété parmi : une déflexion par mesure de temps de passage du bord de l’aube, un calage/dévrillage par mesure d’angle de rotation de l’aube suivant son axe par rapport au moteur et à une hauteur donnée d’aube et un déplacement axial de l’aube. L’invention concerne aussi un aéronef comportant un dispositif de mesure tel que précédemment présenté. L’invention concerne aussi un procédé de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef, au moyen du dispositif de mesure tel que précédemment présenté, le procédé comportant : - la commande du module d’émission d’onde lumineuse, pour que l’émetteur Laser émette une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée de l’aube et à une distance prédéterminée de l’aube, - la commande du module de réception d’onde lumineuse, pour qu’il reçoive une onde lumineuse réfléchie par l’aube et produise un signal électrique, - la commande du module de traitement pour traiter le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse et en déduire des données de grandeurs physiques de l’aube, - la commande du module d’analyse de données, pour analyser les données de grandeurs physiques de l’aube. L’aéronef et le procédé présentent des avantages similaires à ceux du dispositif. BREVE DESCIPTION DES DESSINS D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préféré donné à titre d’exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles : FIG. 1 illustre un dispositif de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef, selon un mode de réalisation de l’invention. FIG. 2 illustre un procédé de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef, selon un mode de réalisation de l’invention. FIG. 3 illustre des signaux émis et reçus lors de l’utilisation du dispositif de la FIG. 1 . FIG. 4 illustre un exemple de mise en œuvre du dispositif selon l’invention. FIG. 5 illustre un exemple de mise en œuvre du dispositif selon l’invention. FIG. 6 illustre un exemple de mise en œuvre du dispositif selon l’invention. FIG. 7 illustre un exemple de mise en œuvre du dispositif selon l’invention. FIG. 8 illustre un exemple de mise en œuvre du dispositif selon l’invention. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS La présente invention s’applique à une aube d’un moteur d’aéronef. Le moteur comporte classiquement un stator et au moins un rotor incorporant de préférence une hélice ou une turbine rotative autour d’un axe par rapport au stator. L’hélice comporte plusieurs aubes. Les aubes ne sont ici pas carénées. Il s’agit par exemple d’aubes de propulseur du type à rotor ouvert (« open-rotor en anglais). Cependant, l’invention s’applique à des aubes carénées à condition qu’elles soient visibles de l’extérieur. L’application de l’invention est avantageuse dès lors que les aubes à caractériser sont accessibles optiquement. Selon un mode de réalisation préféré représenté à la FIG. 1 , un dispositif de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef est de préférence intégré à l’aéronef. Le dispositif comporte un module d’émission d’onde lumineuse 1, apte à émettre une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée d’une aube à caractériser 6. Par onde lumineuse, on comprend tout signal dont le spectre est proche de celui de la lumière visible (du spectre visible, infrarouge ou ultraviolet). Ainsi, le dispositif est basé sur le LIDAR (d’après l’anglais : light detection and ranging). Dans la suite, on considère une aube à caractériser, mais l’invention s’applique à chacune des aubes qui passent successivement devant le dispositif de mesure pendant leur rotation. Le module d’émission d’onde lumineuse 1 comporte un émetteur Laser et un circuit électronique de pilotage associé. L’émetteur émet des impulsions lumineuses. Comme détaillé dans la suite, les impulsions lumineuses sont dirigées vers l’aube à caractériser 6. Le dispositif de mesure comporte aussi un module de réception d’onde lumineuse 2, apte à recevoir une onde lumineuse réfléchie par l’aube 6 et à produire un signal électrique en réponse à l’onde lumineuse reçue. Le module de réception d’onde lumineuse 2 comporte un récepteur d’onde lumineuse et un circuit de traitement associé qui transforme les ondes lumineuses reçues en signaux électriques. L’émetteur et le récepteur d’onde lumineuse sont de préférence reliés à une sonde optique 3, qui transporte à la fois les ondes lumineuses émises depuis l’émetteur vers l’aube et les ondes lumineuses réfléchies par l’aube vers le récepteur. Les ondes lumineuses sont symbolisées par des flèches. Il est aussi possible d’avoir deux sondes physiquement distinctes pour l’émission et la réception des ondes lumineuses. L’émetteur et le récepteur d’onde lumineuse sont aussi reliés à un module de traitement 4 apte à traiter le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse 2 et en déduire des données de grandeurs physiques de l’aube. Le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse 2 est un signal continu, dont l’amplitude est constante lorsque l’onde lumineuse est entre deux aubes et varie, par exemple sous forme d’un pic, à chaque fois que l’onde lumineuse rencontre une aube. Le module de traitement 4 déduit des grandeurs physiques de l’aube à partir de mesures effectuées sur le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse 2. Le module de traitement 4 est relié à un module d’analyse de données 5, apte à analyser les données de grandeurs physiques de l’aube de manière à caractériser l’aube selon différentes propriétés. La durée entre deux variations successives de signal, par exemple entre deux pics successifs, est utilisée pour déterminer une déflexion. L’amplitude du signal au niveau d’un pic de signal est utilisée pour déterminer un déplacement axial et un allongement de l’aube. La largeur d’un pic de signal est utilisée pour déterminer un calage/dévrillage de l’aube. Il est possible de dupliquer la chaîne de mesure précédemment décrite pour cibler plusieurs zones de l’aube de manière à caractériser l’aube selon différentes propriétés, en fonction des zones ciblées de l’aube. Il est notamment possible de cibler des zones réparties sur différentes hauteurs de l’aube mais aussi dans plusieurs positions angulaires autour de l’aube et dans différents plans. Le fonctionnement du dispositif de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef est illustré par le procédé de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef de la FIG. 2 . Le procédé comporte des étapes E1 à E4. L’étape E1 est la commande du module d’émission d’onde lumineuse, pour que l’émetteur Laser émette une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée de l’aube et à une distance prédéterminée de l’aube. L’émetteur du module d’émission d’onde lumineuse 1 est commandé pour émettre une onde lumineuse, sous la forme d’impulsions lumineuses. A la FIG. 3 , les impulsions émises sont schématisées par un signal carré U(t), où t représente le temps. A titre d’exemple, l’émetteur comporte une source Laser pulsée qui délivre un signal lumineux de longueur d’onde comprise entre 800 et 1000 nm, par exemple égale à 905 nm, avec une durée de pulsation égale à 100 ns. La puissance électrique est de 100W. Le récepteur présente un pic de sensibilité spectrale entre 900 et 1000 nm, par exemple 900 nm. L’étape suivante E2 est la commande du module de réception d’onde lumineuse, pour qu’il reçoive une onde lumineuse réfléchie par l’aube et produise un signal électrique. Le récepteur du module de réception d’onde lumineuse 2 reçoit des impulsions lumineuses V(t) réfléchies par l’aube. Elles sont également schématisées par un signal carré à la FIG. 2 . L’étape suivante E3 est la commande du module de traitement pour traiter le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse et en déduire des données de grandeurs physiques de l’aube. Le signal reçu est retardé par rapport au signal émis d’une durée Δt qui est la durée de temps de parcours pour que les signaux émis et reçus parcourent la distance entre la sonde 3 et l’aube 6. La vitesse des ondes lumineuses étant constante, la durée de temps de parcours Δt permet de calculer la distance entre la sonde 3 et l’aube 6. Lorsqu’un signal réfléchi par l’aube 6 est reçu par la sonde optique, la fréquence du signal réfléchi est mesurée. En se référant à l’instant où la même valeur de fréquence a été émise, la durée entre l’émission et la réception de cette fréquence est mesurée et permet de calculer la distance entre la sonde optique 3 et l’aube 6. En variante, la source laser est entretenue et modulée en fréquence. Il s’agit d’un lidar FMCW (d’après l’anglais : Frequency Modulated Continuous Wave). Le signal émis n’est pas sous forme d’impulsions lumineuses, mais est une onde lumineuse modulée en fréquence. L’étape suivante E4 est la commande du module d’analyse de données, pour analyser les données de grandeurs physiques de l’aube de manière à caractériser l’aube selon différentes propriétés. On suppose que la sonde optique 3 est disposée à une distance connue de l’aube 6 à caractériser. Des exemples de dispositions sont décrits dans la suite. Pour des ondes lumineuses émises vers le sommet d’aube : - il est possible de déterminer une déflexion par mesure de temps de passage du sommet de l’aube (en anglais : tip timing) ; - il est possible de déterminer une déformation longitudinale (allongement) de l’aube par mesure de l’amplitude du signal au niveau d’un pic de signal ; Pour des ondes lumineuses émises vers le bord d’aube : - il est possible de déterminer une déflexion par mesure de temps de passage des bords d’attaque et de fuite de l’aube (en anglais : edge timing) ; - il est possible de déterminer un calage/dévrillage par mesure d’angle de rotation de l’aube suivant son axe par rapport au moteur et à une hauteur donnée d’aube ; - il est possible de déterminer un déplacement axial de l’aube par mesure de l’amplitude du signal au niveau d’un pic de signal. Les figures 4 à 8 représentent des exemples de mise en œuvre du dispositif selon l’invention. Sur chacune des figures 4 à 8, parmi les éléments précédemment décrits, les seuls éléments représentés sont le module d’émission d’onde lumineuse 1, le module de réception d’onde lumineuse 2, la sonde optique 3 et l’aube 6. Les trajets des ondes lumineuses sont schématisés par des flèches. Les exemples des figures 3 à 7 comportent chacun plusieurs sondes optiques. En pratique, chaque sonde optique 3 est associée à un module d’émission d’onde lumineuse 1 et un module de réception d’onde lumineuse 2. Cependant, un seul module d’émission et un seul module de réception sont représentés aux figures 3 à 7 pour les simplifier. La mise en œuvre de la FIG. 4 concerne des aubes non carénées d’une architecture moteur à soufflante non carénée (en anglais : open fan) et peut être utilisée aussi bien lors d’essais au sol qu’en vol. Deux types de mesures sont possibles. Les ondes émises et réfléchies sont transportées par une sonde optique vers et depuis le sommet de l’aube 6. Les ondes émises et réfléchies sont aussi transportées par une autre sonde optique vers et depuis le bord de l’aube 6. Il est possible de déterminer la déflexion par mesure de temps de passage du sommet de l’aube (« tip timing ») et la déflexion par mesure de temps de passage du bord de l’aube (« edge timing »). Pour chaque trajet d’ondes entre la sonde optique et le sommet ou le bord d’aube, la distance peut être comprise entre quelques centimètres et plusieurs mètres. La FIG. 5 représente une mise en œuvre similaire à celle de la FIG. 3 , mais sur un turbopropulseur d’un aéronef. La mise en œuvre de la FIG. 6 concerne des aubes carénées visibles de l’extérieur, et peut être utilisée aussi bien lors d’essais au sol qu’en vol. Comme dans l’exemple précédent, deux types de mesures sont possibles. Les ondes émises et réfléchies sont transportées par une sonde optique vers et depuis le sommet de l’aube 6. Les ondes émises et réfléchies sont aussi transportées par une autre sonde optique vers et depuis le bord de l’aube 6. Il est possible de déterminer la déflexion par mesure de temps de passage du sommet de l’aube (« tip timing ») et la déflexion par mesure de temps de passage du bord de l’aube (« edge timing »). La mise en œuvre de la FIG. 7 concerne des aubes non carénées par exemple de turbopropulseur, de moteur à ventilateur ouvert ou de rotor ouvert, ou des aubes carénées visibles de l’extérieur, et peut être utilisée aussi bien lors d’essais au sol qu’en vol. Les ondes émises et réfléchies sont transportées par une sonde optique vers et depuis le bord de l’aube 6. La distance entre la sonde optique et le bord d’aube peut être comprise entre quelques centimètres et plusieurs mètres. Cette mise en œuvre permet de mesurer un déplacement axial de l’aube 6, sur la base de la mesure de l’amplitude du signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse 2, au niveau d’un pic de signal. La mise en œuvre de la FIG. 8 concerne des aubes non carénées par exemple de turbopropulseur, de moteur à ventilateur ouvert ou de rotor ouvert, ou des aubes carénées visible de l’extérieur, et peut être utilisée aussi bien lors d’essais au sol qu’en vol. La FIG. 7 illustre plus particulièrement une aube non carénée d’une architecture moteur à soufflante non carénée (en anglais : open fan). Deux types de mesures sont possibles. Les ondes émises et réfléchies sont transportées par des sondes optiques vers et depuis plusieurs points du sommet de l’aube 6. Les ondes émises et réfléchies sont aussi transportées par des sondes optiques vers et depuis plusieurs points du bord de l’aube 6 situés à différentes hauteurs de l’aube. Ces sondes sont réparties pour viser différentes positions angulaires. Cette mise en œuvre permet de déterminer une déflexion par mesure de temps de passage du sommet de l’aube (tip timing), une déflexion par mesure de temps de passage du bord de l’aube (edge timing), un déplacement axial, un calage/dévrillage et un allongement de l’aube. Dispositif de mesure pour caractériser une aube (6) d’un moteur d’aéronef, comportant au moins une chaîne de mesure qui comporte : -un module (1) d’émission d’onde lumineuse, comportant un émetteur Laser apte à émettre une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée de l’aube et à une distance prédéterminée de l’aube, -un module (2) de réception d’onde lumineuse, apte à recevoir une onde lumineuse réfléchie par l’aube et à produire un signal électrique -un module (4) de traitement apte à traiter le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse et en déduire des données de grandeurs physiques de l’aube, -un module (5) d’analyse de données, apte à analyser les données de grandeurs physiques de l’aube. Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel le module (1) d’émission d’onde lumineuse est apte à émettre des impulsions lumineuses. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module (1) d’émission d’onde lumineuse est apte à émettre une onde lumineuse modulée en fréquence. Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une chaîne de mesure comporte une sonde optique (3) apte à transporter les ondes lumineuses émises depuis l’émetteur vers la zone ciblée de l’aube et les ondes lumineuses réfléchies par l’aube vers le module de réception d’onde lumineuse. Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comportant plusieurs chaînes de mesure aptes à émettre une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée respective de l’aube. Dispositif de mesure selon la revendication 5, dans lequel les plusieurs chaînes de mesure sont aptes à émettre chacune une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée respective de l’aube, la zone ciblée étant positionnée à une hauteur respective de l’aube, et/ou à une position angulaire respective autour de l’aube, et/ou dans un plan respectif. Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comportant au moins une chaîne de mesure apte à émettre une onde lumineuse en direction du sommet de l’aube, et à déterminer au moins une propriété parmi une déflexion par temps de passage du sommet de l’aube et une déformation longitudinale de l’aube. Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comportant au moins une chaîne de mesure apte à émettre une onde lumineuse en direction du bord de l’aube, et à déterminer au moins une propriété parmi : une déflexion par mesure de temps de passage du bord de l’aube, un calage/dévrillage par mesure d’angle de rotation de l’aube suivant son axe par rapport au moteur et à une hauteur donnée d’aube et un déplacement axial de l’aube. Aéronef comportant un dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Procédé de mesure pour caractériser une aube d’un moteur d’aéronef, au moyen du dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé comportant : -la commande (E1) du module d’émission d’onde lumineuse, pour que l’émetteur Laser émette une onde lumineuse en direction d’une zone ciblée de l’aube et à une distance prédéterminée de l’aube, -la commande (E2) du module de réception d’onde lumineuse, pour qu’il reçoive une onde lumineuse réfléchie par l’aube et produise un signal électrique, -la commande (E3) du module de traitement pour traiter le signal électrique produit par le module de réception d’onde lumineuse et en déduire des données de grandeurs physiques de l’aube, -la commande (E4) du module d’analyse de données, pour analyser les données de grandeurs physiques de l’aube.