FR2957667A1 - Dispositif et procede de detection d'une surchauffe affectant un calculateur d'un moteur d'aeronef - Google Patents

Abstract

Le dispositif de détection selon l'invention comprend : - au moins un capteur (6A,7A;6B,7B) localisé à l'intérieur du calculateur (2), et adapté à délivrer une mesure (M6A,M7A;M6B,M7B) de la température du calculateur ; - des moyens (8A,9A;8B,9B) pour comparer cette mesure avec un seuil (THR) prédéterminé ; - au moins un détecteur (4A,4B) de surchauffe localisé à l'extérieur du calculateur (2) au voisinage de celui-ci ; et - des moyens (12A;12B) pour signaler une surchauffe du calculateur lorsque : o au moins une mesure de la température du calculateur est supérieure au seuil (THR) prédéterminé ; et o une surchauffe est détectée par au moins l'un des détecteurs (4A,4B) de surchauffe.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de l'aéronautique. Elle concerne plus particulièrement la détection d'une surchauffe affectant un calculateur de régulation d'un moteur d'aéronef. Ce moteur est par exemple une turbomachine telle qu'un turboréacteur. De façon connue, un calculateur électronique de moteur d'aéronef se présente sous la forme d'un boîtier renfermant une pluralité de cartes électroniques chargées d'assurer diverses fonctions comme par exemple la régulation du moteur. Pour des raisons de coût mais également de gain de masse, les calculateurs de régulation des moteurs intègrent aujourd'hui certaines fonctions électroniques autrefois remplies par des systèmes hydromécaniques, comme notamment la fonction de surveillance (ou de protection) de survitesse. Il s'ensuit que la carte électronique assurant cette fonction et la carte électronique de régulation du moteur sont exposées simultanément en cas de surchauffe du calculateur. Le comportement du calculateur en cas de surchauffe est difficilement prévisible, ce qui amène les motoristes à considérer les pires hypothèses lors de la certification des calculateurs. Notamment, il est envisagé le cas critique où une défaillance de la carte de régulation causerait un départ du moteur en survitesse, tandis que la carte de surveillance de survitesse ne serait plus apte à assurer sa fonction de protection contre une survitesse du moteur.

On comprend bien que selon un tel scénario, une défaillance de la carte de surveillance de survitesse qui interviendrait avant une défaillance de la carte de régulation aurait des conséquences catastrophiques sur le moteur et potentiellement sur la sécurité à bord de l'aéronef.

Pour parer à une telle éventualité, diverses solutions sont envisagées dans l'état de la technique. Une première solution consiste à utiliser pour la fonction de survitesse, des composants électroniques résistant à de très hautes températures. De cette sorte, on s'assure que dans le scénario envisagé ci-dessus, une défaillance de la carte de surveillance de survitesse interviendrait postérieurement à une défaillance de la carte de régulation du calculateur. Toutefois, historiquement, de tels composants sont des composants développés en faible quantité, pour des applications aéronautiques militaires très spécifiques. Ils sont de ce fait très coûteux et difficiles à obtenir, et sujets à une obsolescence précoce. Une solution alternative consiste à installer la fonction de surveillance de survitesse dans un calculateur indépendant localisé en zone non feu, autrement dit dans un environnement différent de celui du calculateur de régulation. Toutefois, outre les difficultés et les coûts résultant de l'installation de ce calculateur indépendant dans une zone inhabituelle pour un calculateur (ex. sur un pylône ou au niveau de l'entrée d'air), il en découle également une pénalité en masse liée à l'installation d'un second calculateur indépendant du calculateur de régulation. Objet et résumé de l'invention La présente invention a pour but principal de pallier les inconvénients précités, et propose à cette fin un dispositif de détection d'une surchauffe affectant un calculateur d'un moteur d'aéronef, comprenant : û au moins un capteur localisé à l'intérieur du calculateur, et adapté à délivrer une mesure de la température du calculateur ; et - des moyens pour comparer cette mesure avec un seuil prédéterminé.

Conformément à l'invention, le dispositif de détection comprend en outre : û au moins un détecteur de surchauffe localisé à l'extérieur du calculateur au voisinage de celui-ci ; et û des moyens pour signaler une surchauffe du calculateur lorsque : o au moins une mesure de la température du calculateur est supérieure au seuil prédéterminé ; et o une surchauffe est détectée par au moins l'un des détecteurs de surchauffe. Corrélativement, l'invention vise également un procédé de détection d'une surchauffe affectant un calculateur d'un moteur d'aéronef, 35 comprenant : û une étape d'obtention de mesures de la température du calculateur délivrées par au moins un capteur localisé à l'intérieur du calculateur ; et û une étape de comparaison de ces mesures avec un seuil prédéterminé.

Conformément à l'invention, le procédé de détection comprend en outre une étape au cours de laquelle une surchauffe du calculateur est signalée lorsque : o au moins une mesure de la température du calculateur est supérieure au seuil prédéterminé ; et o une surchauffe est détectée par au moins un détecteur de surchauffe localisé à l'extérieur du calculateur au voisinage de celui-ci. On notera qu'au sens de l'invention, un calculateur est composé d'un boîtier et de plusieurs cartes (ou modules) électroniques disposées à l'intérieur de ce boîtier, et chargées de la réalisation de diverses fonctions comme par exemple la surveillance (ou la protection) de survitesse, la régulation du moteur, etc. Ainsi, l'invention propose d'améliorer la détection d'un phénomène de surchauffe affectant un calculateur d'un moteur d'aéronef en associant une mesure de la température interne du calculateur à une détection d'un événement de surchauffe extérieur au calculateur, tel qu'un incendie, une crique ou une rupture de pneumatique provoquant une fuite d'air chaud à proximité du calculateur, etc. De cette sorte, la détection de surchauffe du calculateur est plus fiable et plus sûre. On distingue en effet aisément, grâce à l'invention, un cas d'instabilité thermique transitoire et normale du calculateur d'un réel problème de surchauffe. On évite ainsi de signaler intempestivement une surchauffe du calculateur, tout en s'assurant de ne pas ignorer une véritable surchauffe de celui-ci qui peut entraîner de graves disfonctionnements du moteur. Grâce à cette fiabilité accrue de la détection de surchauffe, il est possible d'installer le calculateur en zone feu, et de maintenir dans ce calculateur à la fois la carte de surveillance de survitesse et la carte de régulation du moteur.

On notera que l'invention prévoit la possibilité d'introduire une redondance au niveau du capteur localisé à l'intérieur du calculateur et du détecteur de surchauffe localisé à l'extérieur du calculateur au voisinage de celui-ci. Une détection de surchauffe du calculateur est alors toujours permise y compris en cas de panne de l'un des capteurs et/ou de l'un des détecteurs de surchauffe.

Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif de détection selon l'invention comprend en outre des moyens pour déclencher une coupure du moteur lorsqu'une surchauffe du calculateur est signalée. Ces moyens sont par exemple aptes à déconnecter les commandes des actionneurs contrôlés par le module de régulation du calculateur, et/ou couper directement du carburant injecté dans le moteur. De cette sorte, un disfonctionnement grave du moteur est évité. Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif de détection selon l'invention comprend des moyens de connexion au module de surveillance de survitesse du calculateur. Notamment, il peut être intégré au module de surveillance de survitesse du calculateur de sorte à utiliser les moyens de coupure du moteur inhérents à ce module. L'évènement extérieur de surchauffe du calculateur est détecté, conformément à l'invention, à l'aide d'un détecteur localisé au voisinage du calculateur. Préférentiellement, on utilisera pour ce détecteur un dispositif de détection incendie ou de surchauffe couramment installé sur les moteurs d'aviations et doté d'un fil thermo-sensible disposé autour du calculateur de sorte à l'entourer. Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans le document : www.tect-electronics.com/.../Meggitt/ModeI801-DRL-BrochureRevHa Meggitt.pdf L'utilisation d'un tel détecteur permet de couvrir aisément de grandes zones au voisinage du calculateur, et ce, au moyen d'un détecteur unique. En comparaison, l'utilisation de sondes de température classiques nécessite, pour détecter de façon fiable un événement de surchauffe externe au calculateur tel que par exemple un incendie, de disposer des sondes régulièrement tout autour du calculateur. En variante, au moins l'un des détecteurs de surchauffe est monté sur un boîtier du calculateur.

Dans un mode particulier de réalisation, au moins l'un des capteurs de température est monté sur un module de régulation du calculateur. Selon un autre aspect, l'invention vise également une turbomachine d'un aéronef comprenant un dispositif de détection d'une surchauffe affectant un calculateur de la turbomachine selon l'invention, présentant en combinaison tout ou partie des caractéristiques précitées.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : û la figure 1 représente un dispositif de détection de surchauffe conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ; et û la figure 2 représente une architecture possible du dispositif de détection de surchauffe représenté sur la figure 1.

Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente, dans son environnement, un dispositif 1 de détection d'une surchauffe affectant un calculateur 2 d'un turboréacteur d'un avion, conforme à l'invention dans un mode particulier de réalisation. L'invention s'applique toutefois également à d'autres moteurs d'aéronef, et typiquement à d'autres turbomachines (ex. turbopropulseur). Dans l'exemple envisagé ici, le calculateur 2 est le dispositif de régulation pleine autorité de l'avion, connu également sous le nom de FADEC (Full Authority Digital Engine Control). Il est composé notamment d'un boîtier 2A et d'une pluralité 3 de cartes (ou modules) électroniques disposées à l'intérieur de ce boîtier. Ces cartes électroniques 31A, 31B, 32A, 32B, etc., sont chargées d'assurer diverses fonctions comme par exemple la régulation du moteur, la surveillance de survitesse du moteur, etc. De façon connue, le calculateur est doté de deux voies A et B redondantes, afin de garantir son fonctionnement y compris en cas de panne de l'un de ses composants. Ainsi, typiquement, le calculateur 2 comprend deux cartes 31A et 31B identiques chargées de la régulation du moteur, deux cartes 32A et 32B chargées de la surveillance de survitesse, etc. Le dispositif de détection 1 est équipé de deux détecteurs de surchauffe 4A et 4B, localisés à l'extérieur du calculateur 2, au voisinage de celui-ci. Par voisinage, on entend ici à proximité immédiate du boîtier 2A du calculateur ou sur celui-ci. L'utilisation de deux détecteurs de surchauffe permet d'assurer une redondance en cas de panne de l'un des détecteurs. En variante, le dispositif de détection 1 peut comprendre un nombre différent de détecteurs de surchauffe. Par exemple, il peut être doté d'un seul détecteur de surchauffe. Les détecteurs de surchauffe 4A et 4B sont ici des détecteurs incendie, connus en soi. A titre d'exemple, ces détecteurs sont installés habituellement dans les compartiments moteur des avions pour détecter un éventuel incendie et contrôler, le cas échéant, l'utilisation des extincteurs. Chaque détecteur de surchauffe comprend notamment : ù un fil thermo-sensible disposé autour du boîtier 2A du calculateur de sorte à l'entourer ; et ù un module électrique 43 apte à détecter une surchauffe et destiné à être branché sur les connecteurs 21, 22 du calculateur 2. Si les mesures obtenues par le module électrique 43 sont symptomatiques d'une surchauffe, un message d'alerte est envoyé par le module électrique 43 au calculateur 2 pour lui signaler qu'une surchauffe à l'extérieur du calculateur a été détectée. L'invention ne se limite pas à ce type de détecteur de surchauffe. D'autres détecteurs peuvent être utilisés, comme par exemple des sondes de température disposées tout autour du calculateur ou d'autres types de contacts thermo-sensibles. En référence à la figure 1, le dispositif de détection 1 comprend également des capteurs de température 6A, 7A, 6B, 7B, localisés à l'intérieur du boîtier 2A du calculateur. Dans l'exemple envisagé ici, ces capteurs de température sont montés sur les cartes (ou modules) de régulation 31A et 31B du calculateur et sont reliés à l'électronique de cette carte par des câbles électriques. Ainsi, les capteurs de température 6A et 7A sont montés sur la carte 31A tandis que les capteurs de températures 6B et 7B sont montés sur la carte 31B. Ils sont ainsi aptes à délivrer à la carte de régulation 31A, respectivement à la carte de régulation 31B, une mesure de la température intérieure du calculateur. On notera que l'utilisation de deux capteurs de température par carte permet d'assurer une redondance au niveau de chaque carte. Toutefois l'invention s'applique également lorsqu'un seul capteur de température est utilisé par carte.

Nous allons maintenant décrire, en référence à la figure 2, le principe de fonctionnement du dispositif 1 de détection de surchauffe représenté sur la figure 1, ainsi que les principales étapes du procédé de détection selon l'invention. La figure 2 illustre une architecture possible du dispositif 1 de détection de surchauffe représenté sur la figure 1, basée sur l'utilisation de portes logiques. Cette architecture est avantageusement peu complexe. Toutefois, d'autres architectures peuvent être envisagées pour mettre en oeuvre l'invention, comme par exemple une architecture logicielle.

Par souci de simplification, les éléments constituant la chaîne d'acquisition des capteurs de température 6A, 6B, 7A et 7B et des détecteurs de surchauffe 4A et 4B ne sont pas représentés sur la figure 2. Ces éléments sont connus de l'homme du métier et ne seront pas détaillés davantage ici.

En outre, seuls les traitements réalisés sur la voie A du calculateur 2 seront détaillés, les traitements réalisés sur la voie B étant similaires à ceux réalisés sur la voie A (les éléments de la voie B similaires aux éléments de la voie utilisent les mêmes références numériques, indexées par la lettre B).

Les mesures de température notées M6A et M7A, délivrées par les capteurs 6A et 7A sont transmises respectivement à des comparateurs 8A et 9A. Comme mentionné précédemment, ces mesures donnent une estimation de la température intérieure du calculateur. Les comparateurs 8A et 9A sont adaptés à comparer ces mesures avec un seuil THR prédéterminé.

Plus précisément, si la mesure de température M6A est supérieure au seuil THR, le comparateur 8A émet un signal représentatif d'un niveau haut (« 1 » logique) vers une porte logique « OU » 10A. Au contraire, si la mesure de température M6A est inférieure au seuil THR, le comparateur 8A émet un signal représentatif d'un niveau bas (« 0 » logique) vers la porte logique 10A. De même, si la mesure de température M7A est supérieure au seuil THR, le comparateur 9A émet un signal représentatif d'un niveau haut (« 1 » logique) vers la porte logique 10A. Au contraire, si la mesure de température M7A est inférieure au seuil THR, le comparateur 9A émet un signal représentatif d'un niveau bas (« 0 » logique) vers la porte logique 10A. La porte logique 10A combine les deux signaux reçus selon une opération « OU » logique connue en soi. Ainsi, si l'un et/ou l'autre des capteurs 6A et 7A a mesuré une température intérieure du calculateur supérieure au seuil THR, la porte logique 10A émet un signal au niveau haut. Inversement, si aucun capteur n'a mesuré une température supérieure au seuil THR, un signal au niveau bas est émis par la porte logique 10A.

Simultanément, on contrôle, à l'aide d'une autre porte logique « OU » 11A, si un message d'alerte a été émis par l'un au moins des détecteurs de surchauffe 4A et 4B, autrement dit, si une surchauffe a été détectée par l'un au moins de ces détecteurs. Dans l'exemple envisagé ici, un message d'alerte est représenté par un signal au niveau haut émis par le détecteur de surchauffe, tandis qu'une absence d'alerte se traduit par un signal au niveau bas. Dans un autre mode de réalisation, chaque détecteur de surchauffe est en outre validé par un auto-test avant de prendre en compte le signal qu'il émet au niveau de la porte logique 11A. Ceci permet de s'assurer du bon fonctionnement du détecteur de surchauffe. Si au moins l'un des détecteurs a émis un signal au niveau haut, la porte logique 11A délivre un signal au niveau haut. Sinon, elle délivre un signal au niveau bas. Les signaux émis par les portes logiques 10A et 11A sont 35 transmis à une porte logique 12A. La porte logique 12A est adaptée à combiner les signaux émis par les portes logiques 10A et 11A selon une opération logique « ET » connue en soi. Ainsi, si les deux signaux reçus par la porte 12A sont au niveau haut, la porte 12A émet un signal OVERH au niveau haut. Par l'émission de ce signal OVERH au niveau haut, la porte 12A signale ainsi une surchauffe du calculateur 2. Sinon, elle émet un signal OVERH au niveau bas. Autrement dit, la porte 12A ne signale une surchauffe du calculateur qu'en présence de deux événements distincts, à savoir, une surchauffe externe signalée par les détecteurs 4A et 4B et une surchauffe interne du calculateur 2 signalée par les capteurs 6A et 7A. On rend ainsi plus fiable la détection de surchauffe du calculateur. Dans le mode de réalisation décrit ici, la détection de surchauffe du calculateur est couplée à la surveillance de survitesse électronique mise en oeuvre par la carte 32A. De façon connue, cette surveillance se base sur divers indicateurs, à savoir ici, un signal SURV indiquant si un phénomène de survitesse du turboréacteur a été détecté et un signal TCM indiquant si une dissymétrie de poussée entre les turboréacteurs de l'avion a été détectée. Ces signaux ainsi que leur principe de détection sont connus en soi, et ne seront pas détaillés davantage ici. Plus précisément, le signal OVERH émis par la porte logique 12A est combiné à l'aide d'une porte logique « OU » 13A avec le signal SURV et le signal TCM. Le signal SURV est au niveau haut si une survitesse du turboréacteur a été détectée. De façon similaire, le signal TCM est au niveau haut si une dissymétrie de poussée est détectée. Ainsi la porte logique « OU » 13A émet un signal au niveau haut (« 1 » logique) si l'un au moins des signaux OVERH, SURV et TCM est au niveau haut. Sinon un signal au niveau bas est émis par la porte 13A.

Ce signal est transmis à la carte de surveillance de survitesse 32A. Plus précisément, il est envoyé sur l'entrée S d'une bascule 14A R-S ou « flip-flop » connue en soi. Si le signal reçu sur l'entrée S est au niveau haut, alors la bascule 14A envoie un signal de commande CMDA visant à mettre en oeuvre une coupure automatique du turboréacteur.

Le signal de commande CMDA est par exemple un signal ordonnant la déconnexion des commandes des actionneurs contrôlés par la carte de régulation 31A, et/ou un signal ordonnant une coupure directe du carburant injecté dans le turboréacteur, etc. Si le signal reçu sur l'entrée S est au niveau bas, le signal de commande CMDA n'entraîne aucune coupure automatique du turboréacteur. On notera que grâce à l'utilisation d'une bascule 14A de type R-S, la coupure du turboréacteur peut être verrouillée via l'entrée R de la bascule de façon connue en soi, en la maintenant à un niveau bas (« 0 » logique).

Dans l'exemple envisagé ici, le dispositif 1 de détection de surchauffe selon l'invention est couplé à la carte de surveillance de survitesse du calculateur et peut ainsi avantageusement bénéficier des moyens de coupure automatique du turboréacteur mis en oeuvre par cette carte. Toutefois, cette hypothèse n'est pas limitative, le dispositif 1 de détection pouvant également être doté de ses propres moyens de coupure du turboréacteur. En outre, l'invention ne se limite pas aux événements critiques envisagés ici pour ordonner une coupure du turboréacteur, à savoir la survitesse et la dissymétrie de poussée. D'autres événements peuvent bien entendu être envisagés en complément et/ou en remplacement de ceux-ci.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection (1) d'une surchauffe affectant un calculateur (2) d'un moteur d'aéronef, comprenant : û au moins un capteur (6A,7A;6B,7B) localisé à l'intérieur du calculateur (2), et adapté à délivrer une mesure (M6A,M7A;M6B,M7B) de la température du calculateur ; et ù des moyens (8A,9A;8B,9B) pour comparer cette mesure avec un seuil (THR) prédéterminé ; le dispositif de détection étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre : û au moins un détecteur (4A,4B) de surchauffe localisé à l'extérieur du calculateur (2) au voisinage de celui-ci ; et û des moyens (12A;12B) pour signaler une surchauffe du calculateur lorsque : o au moins une mesure de la température du calculateur est supérieure au seuil (THR) prédéterminé ; et o une surchauffe est détectée par au moins l'un des détecteurs (4A,4B) de surchauffe.
2. 2. Dispositif de détection (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (13A,14A;13B,14B) pour déclencher une coupure du moteur lorsqu'une surchauffe du calculateur est signalée.
3. 3. Dispositif de détection (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de connexion au module de surveillance de survitesse du calculateur.
4. 4. Dispositif de détection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins l'un des détecteurs (4A,4B) de surchauffe comprend un fil thermo-sensible disposé autour du calculateur.
5. 5. Dispositif de détection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins l'un des détecteurs de surchauffe est monté sur un boîtier du calculateur.
6. 6. Dispositif de détection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que au moins l'un des capteurs de température (6A,7A;6B,7B) est monté sur un module de régulation (31A;31B) du calculateur.
7. 7. Turbomachine d'un aéronef comprenant un dispositif de détection (1) d'une surchauffe affectant un calculateur (2) de la turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8. 8. Procédé de détection d'une surchauffe affectant un calculateur (2) d'un moteur d'aéronef, comprenant : ù une étape d'obtention de mesures (M6A,M7A;M6B,M7B) de la température du calculateur délivrées par au moins un capteur (6A,7A;6B,7B) localisé à l'intérieur du calculateur ; et û une étape de comparaison de ces mesures avec un seuil (THR) prédéterminé ; le procédé de détection étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape au cours de laquelle une surchauffe du calculateur est signalée lorsque : o au moins une mesure de la température (M6A,M7A;M6B,M7B) du calculateur est supérieure au seuil prédéterminé (THR) ; et o une surchauffe est détectée par au moins un détecteur de surchauffe (4A,4B) localisé à l'extérieur du calculateur au voisinage de celui-ci.