INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans la configuration puller, la rangée annulaire amont et la rangée annulaire aval peuvent entourer une section du(des) compresseur(s) 2 ou du boitier de réduction de vitesse de la turbomachine 10. Dans la configuration pusher, la rangée annulaire amont et la rangée annulaire aval peuvent entourer une section de la(des) turbine(s) 6 de la turbomachine 10.
Un niveau de bruit trop important est préjudiciable au confort des passagers de l’aéronef sur lequel est installée la turbomachine. De plus, les normes actuelles imposent un seuil maximum de bruit, notamment en zone proche du sol, c'est-à-dire lors des phases de décollage et d’atterrissage. Une solution connue pour réduire le niveau de bruit émis consiste à diminuer uniformément la dimension radiale de chaque pale 18 de la rangée annulaire aval 16. Ainsi, comme représenté à la , l’extrémité radialement externe de chaque pale 18 de la rangée annulaire amont 14 est inscrite dans un premier cercle 20 centré sur l’axe longitudinal X et l’extrémité radialement externe de chaque pale 18 de la rangée annulaire aval 16 est inscrite dans un second cercle 22 centré sur l’axe longitudinal X, le rayon Re2 du second cercle 22 étant inférieur au rayon Re1 du premier cercle 20. De cette manière, l’impact des tourbillons 19 formés au niveau des extrémités radialement externes des pales 18 de la rangée annulaire amont 14 sur les pales 18 de la rangée annulaire aval 16 est limitée est limité en ce que ces tourbillons passent radialement à l’extérieur des pales 18 de la rangée annulaire aval 16. Cette solution est appelée « clipping », ou « cropping » ou « troncature » ou encore « écrêtage », des pales 18 de la rangée annulaire aval 16.
Un dispositif de commande 10 d’un organe de variation d’énergie mécanique d’un aéronef va être décrit, en regard des figures 1 à 5.
L’aéronef comprend un système de pilotage de l’énergie mécanique de l’aéronef comportant l’organe de variation d’énergie mécanique et le dispositif de commande 10 comportant notamment au moins une manette 16 déplaçable entre plusieurs positions.
L’organe de variation d’énergie mécanique comprend au moins un moteur de propulsion. Le ou chaque moteur de propulsion est propre à être piloté par le dispositif de commande pour faire évoluer une force de poussée sur l’aéronef. Le ou chaque moteur est opérable entre un régime de repos dans laquelle il développe une puissance de poussée minimale et un régime de poussée maximale dans laquelle il développe une puissance de poussée maximale.
Le ou chaque moteur de propulsion comprend avantageusement un inverseur de poussée. L’inverseur de poussée est déplaçable entre une position rentrée et une position déployée. Dans la position rentrée, l’inverseur n’influe pas sur la poussée. Dans la position déployée, l’inverseur de poussée inverse au moins en partie la poussée de l’aéronef. En d’autres termes, dans la position déployée, au moins une partie de la poussée de l’aéronef est dirigée vers l’avant de l’aéronef. L’inverseur de poussée est classique et ne sera pas décrit plus en détail ici.
L’organe de variation d’énergie mécanique est opérable entre un premier mode d’opération et un deuxième mode d’opération.
Dans le premier mode d’opération, le ou chaque moteur de propulsion applique une poussée inverse sur l’aéronef. Par exemple, l’inverseur de poussée est alors en position déployée.
Dans le premier mode d’opération, l’organe de variation d’énergie mécanique est, en outre, opérable entre une première configuration initiale correspondant à une poussée inverse minimale et une première configuration finale correspondant à une poussée inverse maximale.
Avantageusement, dans la première configuration initiale, le ou chaque moteur est en régime de repos, et dans la première configuration finale, le ou chaque moteur est en régime de poussée maximale.
Dans le deuxième mode d’opération, le ou chaque moteur de propulsion applique une poussée nominale sur l’aéronef. Par exemple, l’inverseur de poussée est alors en position rentrée.
Dans le deuxième mode d’opération, l’organe de variation d’énergie mécanique est, en outre, opérable entre une deuxième configuration initiale correspondant à une poussée nominale minimale et une deuxième configuration finale correspondant à une poussée nominale maximale.
Avantageusement, dans la deuxième configuration initiale, le ou chaque moteur est en régime de repos, et dans la deuxième configuration finale, le ou chaque moteur est en régime de poussée maximale.
Comme il sera décrit plus bas, le dispositif de commande 10 est configuré pour contrôler l’organe de variation d’énergie mécanique en fonction de la position de la ou de chaque manette 16.
Dans ce qui suit, on décrit un dispositif de commande 10 comprenant une seule manette 16. La manette est par exemple une monomanette propre à être déplacée par le pilote pour établir une consigne de variation d’énergie mécanique totale de l’aéronef, telle que décrit dans la demande de brevet français FR3058806.
Il est bien sûr entendu que la description s’applique également pour un dispositif de commande 10 comprenant plusieurs manettes 16, les manettes 16 étant identiques. Par exemple, chaque manette 16 contrôle un moteur de propulsion spécifique.
En référence à la , le dispositif de commande 10 comprend un support 14 destiné à être fixé dans un cockpit de l’aéronef, la manette 16 montée mobile sur le support 14 et un système 18 de génération de force sur la manette 16. Par exemple, le dispositif de commande 10 comprend, en outre, un capteur de position de la manette 16 (non-illustré) et une unité de contrôle du système de génération de force 18 (non-illustré).
Le support 14 est propre à être placé, de préférence, entre les sièges du cockpit, dans le pylône central.
Ladite quantité relative à la durée de passage forme un indicateur du comportement vibratoire de ladite au moins une pale. En effet, en cas de vibration dans ledit au moins un signal temporel acquis, elle fournit une information sur le sens du déplacement vibratoire au moment où ladite au moins une pale passe devant ledit au moins un capteur. Dès lors, si la durée de passage est petite par rapport à celle obtenue théoriquement pour un signal de référence, cela signifie que le mouvement vibratoire de ladite au moins une pale se fait dans le même sens que la rotation du rotor (et inversement, dans le sens contraire, si la durée de passage est grande par rapport à celle du signal de référence).
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, ledit procédé comportant en outre une étape de calcul d’une quantité caractérisant une avance ou un retard dudit au moins un signal temporel par rapport à un signal de référence représentatif d’un passage devant ledit au moins un capteur de proximité d’une pale ne subissant pas de vibration et du même type que ladite au moins une pale à partir de laquelle ledit au moins un signal temporel a été acquis, le calcul de ladite quantité étant mis en œuvre à partir d’échantillons dudit au moins un signal temporel ainsi que dudit signal de référence, et l’étape de surveillance étant également exécutée en utilisant ladite quantité.
Ladite quantité relative à l’avance ou au retard dudit au moins un signal temporel forme également un indicateur du comportement vibratoire de ladite au moins une pale. En effet, si cet indicateur est positif, cela signifie que ladite au moins une pale est arrivée plus tôt (i.e. en avance) dans ledit au moins un signal temporel acquis que dans un signal de référence.
En définitive, lesdites deux quantités (durée de passage, avance ou retard) permettent d’obtenir des informations sur la vitesse globale de ladite au moins une pale (vitesse de rotation et vitesse de vibration) ainsi que sur la position de ladite au moins une pale dans le cycle vibratoire.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l’écart entre lesdites déflections calculées et ledit signal d’approximation est évalué au moyen d’une norme lp, p étant un réel strictement positif.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l’indice p de la norme lp est strictement compris entre 0 et 2.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la minimisation de la fonction coût comporte l’exécution d’un algorithme de moindres carrés itérativement repondérés.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, ledit au moins un capteur est un capteur optique.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, une pluralité de signaux temporels analogiques sont acquis en raison d’une pluralité de passages de ladite au moins une pale devant chaque capteur de proximité.
D’une manière générale, les inventeurs ont constaté que le fait de considérer une pluralité de tours du rotor (et donc une pluralité de passages de ladite au moins une pale devant un même capteur de proximité) était avantageux en ce que cela permet d’estimer avec une grande précision les amplitudes des fréquences retenues pour le signal d’approximation, et donc in fine les fréquences de vibration de ladite au moins une pale.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un programme d’ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre d’un procédé de surveillance selon l’invention lorsque ledit programme d’ordinateur est exécuté par un ordinateur.
Selon encore un autre aspect, l’invention concerne un support d’informations ou d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur selon l’invention.
Alternativement, le support d'informations ou d’enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
Comme visible sur la , la portion positive de la loi d’effort aux alentours de la première position stratégique P1, c’est-à-dire de la courbe discontinue en forme de N est alors supprimée et remplacée par une portion nulle. Le système de génération de force 18 cesse d’appliquer la première force de sollicitation SF1 sur la manette 16 dans le sens orienté vers la deuxième borne avant FB2. Sur le profil de la , en comparaison au profil de la , le cran est remplacé par une cuvette à fond plat s’étendant entre la première position de changement de mode P1 et la première borne arrière RB1, la bille B se déplaçant sur le fond plat de la cuvette librement avec une résistance minimale prédéfinie pour maintenir la manette en position lorsque celle-ci est relâchée.
La manette 16 peut alors être déplacée entre la première borne avant FB1 et la première borne arrière RB1 par le pilote sans que celui-ci n’ait à vaincre la force de sollicitation. Cela permet un déplacement précis de la manette 16 dans le premier intervalle de positions I1 à proximité de la première position stratégique P1. Ainsi, le pilote ou le copilote peut minutieusement contrôler la configuration de l’organe de variation d’énergie mécanique et, par exemple, commander une poussée inverse très faible proche de la poussée inverse minimale, sans avoir à vaincre le seuil de la force de sollicitation.
Comme illustré sur la , la portion négative de la loi d’effort aux alentours de la première position stratégique P1 est maintenue en l’état. Le système de génération de force 18 continue d’appliquer la première force de sollicitation SF1 sur la manette 16 dans le sens orienté vers la première borne arrière RB1 s’opposant au déplacement de la manette 16 de la première position de changement de mode P1 vers la deuxième borne arrière RB2.
Ainsi, pour repasser la manette 16 depuis le premier intervalle de positions I1 vers le deuxième intervalle de positions I2, le pilote doit appliquer une force supérieure à la première force de sollicitation SF1 selon le sens de déplacement orienté vers la deuxième borne arrière RB2.
En tout état de cause, avant que la temporisation ne s’écoule, le pilote peut toujours vaincre la force de sollicitation SF1 pour déplacer la manette 16 vers la première borne arrière RB1.
Comme illustré sur la , le système de génération de force 18 est, par exemple, également configuré de sorte que, lorsque la manette 16 est à proximité de la deuxième position stratégique P2, le système de génération de force 18 est propre à appliquer une deuxième force de sollicitation SF2 de la manette vers la deuxième position stratégique P2 dans chaque sens de la direction de déplacement D. En particulier, cela est le cas lorsque la position de la manette 16 est en dehors du deuxième intervalle de positions I2, autrement dit lorsque l’organe de variation d’énergie mécanique est dans le deuxième mode d’opération.
En particulier, le système de génération de force 18 est propre à appliquer la deuxième force de sollicitation SF2 sur la manette 16 sollicitant la manette 16 vers la deuxième position stratégique P2 lorsque la position de la manette 16 et la deuxième position stratégique P2 définissent une amplitude de déplacement inférieure à 5 % de l’amplitude de déplacement maximale AMAX.
La deuxième force de sollicitation SF est illustrée par un cran sur le profil de la et par une courbe discontinue en forme de N sur la loi d’effort de la . La courbe discontinue en forme de N comprend une portion positive située entre la deuxième position stratégique P2 et la première borne avant FB1. La courbe discontinue en forme de N comprend en outre une portion négative située entre la deuxième position stratégique P2 et la deuxième borne avant FB2.
La deuxième force de sollicitation SF2 appliquée par le système de génération de force 18 permet un placement correct de la manette 16 dans la deuxième position stratégique P2 notamment lorsque la manette 16 est déplacée du premier intervalle de positions I1 vers le deuxième intervalle de positions I2. Cela permet au pilote d’éviter un dépassement de la deuxième position stratégique P2 notamment dû à l’élan de la main du pilote lorsqu’il déplace la manette 16 pour passer de la première borne avant FB1 vers la deuxième borne arrière RB2.
Comme illustré sur la , le système de génération de force 18 est propre à cesser d’appliquer la deuxième force de sollicitation SF2 de la manette vers la deuxième position stratégique P2 dans au moins un sens de la direction de déplacement D lorsque la manette 16 reste dans la deuxième position stratégique P2 pendant une durée supérieure à la temporisation prédéfinie.
En particulier, lorsque la manette 16 reste dans la deuxième position stratégique P2 pendant une durée supérieure à la temporisation prédéfinie, aucune deuxième force de sollicitation SF2 n’est appliquée par le système de génération de force 18 tant que la position de la manette 16 est comprise dans le deuxième intervalle de positions I2.
Comme visible sur la , la loi d’effort aux alentours de la deuxième position stratégique P2, c’est-à-dire la courbe discontinue en forme de N est alors supprimée et remplacée par une portion nulle. Le système de génération de force 18 cesse d’appliquer la deuxième force de sollicitation SF2 sur la manette 16. Sur le profil de la , en comparaison au profil de la , le cran est remplacé par une surface plane sur laquelle la bille B peut se déplacer librement avec une résistance minimale prédéfinie pour maintenir la manette en position lorsque celle-ci est relâchée.
La manette 16 peut alors être déplacée entre la deuxième borne arrière RB2 et la deuxième borne avant FB2 par le pilote sans que celui-ci n’ait à vaincre de force de sollicitation. Cela permet un déplacement précis de la manette 16 dans le deuxième intervalle de positions I2 à proximité de la deuxième position stratégique P2. Ainsi, le pilote ou le copilote peut minutieusement contrôler la configuration de l’organe de variation d’énergie mécanique et, par exemple, commander une poussée nominale très faible proche de la poussée nominale minimale.
Comme illustré sur la , lorsque la manette 16 reste dans la deuxième position stratégique P2 pendant une durée supérieure à la temporisation prédéfinie, le système de génération de force 18 est à nouveau configuré pour appliquer une première force de sollicitation SF1 de la manette vers la première position stratégique P1 dans chaque sens de déplacement si la manette est amenée à être à proximité de la première position stratégique P1. En comparaison à la , cela est illustré sur la par la réapparition du cran sur le profil dans le premier intervalle de position I1 et par la réapparition de la courbe discontinue en forme de N sur la loi d’effort dans le premier intervalle de position I1.
Dans ce qui suit, on décrit un procédé de commande de l’organe de variation d’énergie mécanique de l’aéronef à l’aide du dispositif de commande 10, par exemple lors de l’atterrissage d’un aéronef.
Initialement, lorsque l’aéronef est en vol, la position de la manette 16 est située dans le deuxième intervalle de positions I2 (voir ). Les moteurs appliquent une poussée nominale définie par la position de la manette.
Aussi, pour pallier à ces problèmes, il a été proposé une technique non intrusive, dite « BTT » (acronyme de l’expression anglo-saxonne : « Blade Tip Timing »), correspondant à une technique de surveillance au moyen d’une synchronisation d’extrémité de pale. Cette technique BTT consiste, pour un régime de vitesse, à mesurer les instants réels de passage d’une pale devant un capteur de proximité fixe (typiquement agencé sur le stator) et à comparer ces instants avec des instants de référence obtenus pour une pale du même type ne subissant pas de vibration (par exemple une pale saine, c’est-à-dire une pale ne présentant pas de défaut mécanique). Ces instants de référence peuvent par exemple être obtenus théoriquement par simulation numérique ou bien encore suite à des essais menés préalablement (par exemple sur banc d’essai).
A partir de cette comparaison entre instants réels et de référence, il est possible d’en déduire, pour chaque instant réel mesuré, une quantité, dite « déflection », fournissant une information sur le comportement vibratoire de la pale dans son fonctionnement dynamique (avec de probables vibrations). Pour plus de détails sur la manière de calculer ladite quantité de déflection à partir d’un couple d’instants (instant réel et instant de référence) associé au passage d’une pale devant un capteur de proximité, on peut consulter le document WO 2018/002818.
Bien que non intrusive, la technique BTT n’en reste pas moins déficiente selon certains aspects. En effet, étant donné son principe de mise en œuvre, elle ne permet d’obtenir qu’un seul échantillon de la déformation vibratoire (i.e. qu’une seule évaluation de déflection) par tour de la pale et par capteur. Dès lors, et en pratique, le signal temporel de déflection généré dans le temps, du fait des rotations successives de la pale, est très fortement sous-échantillonné (la fréquence moyenne d’échantillonnage du signal de déflexion est égale à la fréquence de rotation du rotor multiplié par le nombre de capteurs utilisés). Cela nuit à la précision de l’évaluation du comportement vibratoire de la pale, et donc in fine à la surveillance du fonctionnement de la turbomachine.
Afin de fournir davantage d’échantillons par tour de pale, il pourrait être envisagé, au moins théoriquement, d’utiliser un grand nombre de capteurs. Cette solution n’en reste pas moins désavantageuse, d’une part en termes de coûts, mais aussi surtout en termes de complexité d’installation (difficulté importante à agencer un grand nombre de capteurs sur une circonférence du bâti de la turbomachine en raison de l’encombrement de celle-ci ainsi que de contraintes fonctionnelles propres au bâti).
La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant une solution qui permette de surveiller le comportement vibratoire de pales d’une turbomachine de manière plus efficace que les solutions de l’art antérieur.
Par « plus efficace », il est fait référence ici à une solution permettant d’évaluer de manière plus précise le comportement vibratoire des pales, et dont la complexité de mise en œuvre est contenue tout en étant peu dispendieuse.
A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de surveillance d’une turbomachine, ledit procédé comportant, pour au moins une pale d’un rotor équipant la turbomachine, des étapes de : - obtention d’une pluralité d’échantillons d’au moins un signal temporel analogique acquis au moyen d’au moins un capteur de proximité fixe et représentatif d’un passage de ladite au moins une pale devant ledit au moins un capteur de proximité, ledit au moins un capteur de proximité étant caractérisé par un temps de réponse adapté à ce que le signal temporel est représentatif de la progressivité d’apparition et de disparition de ladite au moins une pale lors de son passage devant ledit capteur, - calcul d’une déflection de ladite au moins une pale pour chacun desdits échantillons, - détermination, sous la forme d’une combinaison linéaire de signaux sinusoïdaux, d’un signal, dit « signal d’approximation », minimisant une fonction coût évaluant un écart entre lesdites déflections calculées et ledit signal d’approximation, - surveillance du comportement vibratoire de ladite au moins une pale à partir de fréquences et/ou d’amplitudes et/ou de phases des signaux sinusoïdaux formant ledit signal d’approximation.
Conformément à l’invention, le temps de réponse dudit au moins un capteur de proximité (encore connu sous l’appellation « temps de montée ») est suffisamment faible, par exemple de l’ordre du millième de seconde au maximum, pour que ledit au moins un signal temporel acquis traduise la montée/descente progressive de la grandeur physique mesurée par ledit au moins un capteur de proximité.
Ainsi, contrairement aux capteurs traditionnellement utilisés pour mettre en œuvre la méthode BTT, le temps de réponse dudit au moins un capteur de proximité est ici suffisamment faible pour éviter que ledit au moins un signal temporel acquis prenne l’aspect d’un signal carré (créneau). Un tel signal carré (correspondant in fine à un signal « tout ou rien ») ne permet en effet pas de représenter la progressivité du passage de ladite au moins une pale devant ledit au moins un capteur de proximité. En conséquence, un tel signal carré ne permet pas d’obtenir de renseignements sur un éventuel décalage entre la dynamique de ladite au moins une pale et celle d’une pale de référence du même type.
Le procédé de surveillance selon l’invention se distingue dès lors avantageusement de l’état de la technique, et plus particulièrement de la méthode BTT, en ce qu’il propose de combiner au moins un capteur de proximité caractérisé par un temps de réponse faible avec l’obtention d’une pluralité d’échantillons dudit au moins un signal temporel acquis. Cette combinaison permet en effet d’avoir des échantillons distincts les uns des autres puisque ledit au moins un signal acquis présente un profil en forme de cloche et non en forme de créneau.
Autrement dit, le fait d’être en mesure de retranscrire la progressivité du passage de ladite au moins une pale devant ledit au moins un capteur de proximité permet avantageusement d’obtenir des échantillons dont les valeurs, distinctes entre elles, permettent de caractériser finement le comportement vibratoire de ladite au moins une pale, en calculant avec précision lesdites valeurs de déflection. Il en résulte alors une grande précision dans l’évaluation de paramètres (fréquence, amplitude, phase) du signal temporel acquis.
Si au contraire le signal acquis était un signal carré, comme c’est le cas dans la méthode BTT, alors il faudrait se contenter d’un seul et unique échantillon puisque toutes les valeurs prises sur la partie haute du créneau seraient identiques entre elles.
En outre, si aucune limitation n’est attachée au nombre de capteurs de proximité pouvant être utilisé dans le cadre de la présente invention, il faut toutefois indiquer que la mise en œuvre de celle-ci permet avantageusement d’utiliser un nombre de capteurs de proximité largement inférieur à celui conventionnellement utilisé dans la méthode BTT, tout en permettant d’atteindre une grande précision dans l’estimation des quantités caractéristiques du comportement vibratoire des pales.
A titre d’exemple, le nombre de capteurs de proximité est inférieur ou égal à trois.