FR2979013A1 - Systeme de surveillance en banc d'essai de moteur d'aeronef - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un système de surveillance en banc d'essai d'au moins un composant d'un moteur d'aéronef, comportant : - des moyens d'entrée (3) pour importer des données d'entrées représentatives des mesures relevées par des capteurs (13) installés dans le composant moteur (9), - des moyens de traitement (7) pour filtrer lesdites données d'entrées pour sélectionner des données valides, - des moyens de traitement (7) pour calculer un ensemble de paramètres dudit composant moteur à partir desdites données valides, et - des moyens de traitement (7) pour construire des courbes de surveillance en temps réel représentatives desdits paramètres.

Description

SYSTÈME DE SURVEILLANCE EN BANC D'ESSAI DE MOTEUR D'AÉRONEF

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de surveillance en banc d'essai d'au moins un composant d'un moteur d'aéronef.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les moteurs d'aéronef utilisent des technologies très sophistiquées et sont systématiquement testés sur des bancs d'essais. Lors d'un test sur un banc d'essai, le moteur ou des composants du moteur sont surveillés en utilisant un grand nombre de capteurs (de l'ordre de 400). Ces capteurs permettent de suivre l'évolution des principaux paramètres du moteur. Actuellement, on dispose de deux outils de surveillance. Un premier outil appelé « phase II » est une modélisation complète du moteur qui permet de déterminer avec une grande précision les rendements et performances de chaque module du moteur. Cependant, cet outil est assez complexe et très long à mettre en oeuvre. Il ne peut pas être utilisé immédiatement pendant l'essai mais en différé et en général plusieurs jours après l'essai.

Il existe un deuxième outil de surveillance appelé « phase I» ou « modèle de suivi en temps immédiat » (MSTI) qui détermine en temps réel les performances globales du moteur. Plus particulièrement, chaque banc d'essai à son propre outil de surveillance qui comporte un modèle de simulation informatique qui permet de calculer les paramètres du moteur à partir des valeurs envoyées par les différents capteurs (de pressions, de températures, de vitesses de rotation, de débits, etc.). Le modèle de simulation informatique qui est connu pour l'homme du métier, permet de calculer des grandeurs non directement mesurables (par exemple des rendements) ou de reconstruire des mesures manquantes. Ainsi, les données de sortie de ce modèle, au nombre d'environ 300, permettent de connaître les paramètres du moteur, ainsi que leur évolution au cours du temps. Ce suivi peut se faire pendant le déroulement de l'essai et permet par conséquent, de surveiller en permanence l'état du moteur. Il est ainsi permis de vérifier que le moteur ne dépasse pas des valeurs fixées à l'avance, de vérifier que l'essai se déroule conformément à ce qui est prévu, et d'identifier une éventuelle dérive. Cet outil de surveillance fait partie intégrante du banc, au même titre que la chaîne d'acquisition des mesures, et est spécifique au moteur étudié. Ceci nécessite des opérateurs spécialisés pour chaque type de banc et peut entraîner des coûts non négligeables. En outre, il faut que l'outil de surveillance soit prêt à être utilisé au moment du lancement des essais de tout nouveau moteur afin d'éviter des retards de développement du moteur. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé et un système de surveillance capable d'assurer de manière simple le suivi d'essais d'au moins un composant d'un moteur d'aéronef de manière autonome par rapport au banc d'essai.

EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par un procédé de surveillance en banc d'essai d'au moins un composant d'un moteur d'aéronef, comportant les étapes suivantes . - importer des données d'entrées 10 représentatives des mesures relevées par des capteurs installés dans le composant moteur, - filtrer lesdites données d'entrées pour sélectionner des données valides, - calculer un ensemble de paramètres dudit 15 composant moteur à partir desdites données valides, et - construire des courbes de surveillance en temps réel représentatives desdits paramètres. Ce procédé de surveillance est autonome et peut être utilisé pour assurer le suivi d'essais moteur 20 en temps immédiat ou en différé à partir de tout lieu et à n'importe quel moment au moyen d'une simple liaison de communication ou au moyen d'un disque amovible. De plus, le procédé est indépendant vis-à-vis des transferts automatiques des données d'essai dans 25 les bases, ce qui permet de s'affranchir de tous les problèmes associés. En outre, le procédé est interactif, souple d'utilisation, et simple à mettre en oeuvre. Il permet une analyse précise et un paramétrage rapide des hypothèses de dépouillement ainsi qu'une 30 comparaison immédiate des résultats de l'essai du jour à des données de référence.

Selon un aspect particulier de la présente invention, l'importation de données comporte la définition d'une liste de correspondances entre des libellés des mesures propres au banc d'essai et les capteurs associés. Il suffit de lire la liste des relevés de mesures données par les capteurs pour s'adapter en un minimum de temps à chaque banc d'essai. Ainsi, le procédé de surveillance peut être utilisé de manière autonome et générique pour assurer le suivi d'essais moteur en temps immédiat ou différé dans n'importe quel banc d'essai. Avantageusement, chaque liste de correspondances propre à chaque banc d'essai est stockée en mémoire. Ainsi, les listes de correspondances sont constamment mises à jour permettant de faire baisser au cours du temps la probabilité d'avoir à spécifier une nouvelle liste de correspondances.

Avantageusement, la sélection desdites données valides est réalisée de manière interactive en comparant les données d'entrées à des profils prédéfinis. Cette sélection interactive qui peut se faire graphiquement à l'aide de modèles ou gabarits de profils, laisse une marge de manoeuvre à l'opérateur pour mieux évaluer les écarts observés par rapport aux profils afin d'éliminer avec plus de souplesse et de pertinence les mesures invalides.

Le calcul dudit ensemble de paramètres comporte les étapes suivantes : - standardiser lesdites données valides pour définir des données valides standardisées, - construire un vecteur d'entrée de mesures à partir desdites données valides standardisées, et -calculer selon un modèle de simulation ledit ensemble de paramètres en fonction dudit vecteur d'entrée de mesures. Ceci permet de déterminer les caractéristiques physiques du moteur avec une grande précision. Avantageusement, la standardisation comporte un calcul de moyennes des données valides représentatives des mesures valides par plan moteur, et une sélection de données valides pertinentes parmi des données correspondant à des mesures redondantes. Ceci permet de supprimer la dépendance vis-à-vis des contextes particuliers d'acquisition. Avantageusement, le procédé comporte un stockage de l'ensemble des paramètres.

Le stockage des paramètres au cours du temps permet d'évaluer l'évolution des résultats d'un essai avec ceux d'un ou plusieurs essais précédents. Ceci donne aussi la possibilité de refaire le dépouillement d'une campagne avec des hypothèses communes aux différents essais. L'invention vise également un système de surveillance en banc d'essai d'au moins un composant d'un moteur d'aéronef, comportant : - des moyens d'entrée pour importer des 30 données d'entrées représentatives des mesures relevées par des capteurs installés dans le composant moteur, - des moyens de traitement pour filtrer lesdites données d'entrées pour sélectionner des données valides, - des moyens de traitement pour calculer un 5 ensemble de paramètres dudit composant moteur à partir desdites données valides, et - des moyens de traitement pour construire des courbes de surveillance en temps réel représentatives desdits paramètres. Avantageusement, les moyens d'entrées sont configurés pour être reliés au banc d'essais par une liaison de communication parmi les liaisons suivantes : liaison filaire, liaison non filaire, et liaison de télécommunication. L'invention vise aussi un produit programme d'ordinateur comportant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention lorsqu'il est exécuté par ordinateur. 20 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférentiels de l'invention faits en référence aux figures jointes parmi lesquelles : 25 La Fig. 1 illustre de manière schématique un système de surveillance en banc d'essai d'un composant moteur d'aéronef, selon l'invention ; La Fig. 2 est un organigramme selon un mode de réalisation particulier de l'invention illustrant les 30 étapes de surveillance en banc d'essai d'un composant moteur d'aéronef ; et 10 15 Les Figs. 3A-3C illustrent un exemple de filtration des données d'entrées, selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L'INVENTION L'idée à la base de l'invention est de proposer un outil de surveillance en banc d'essai d'un moteur d'aéronef ou d'un composant du moteur à partir de la seule acquisition de mesures. Par souci de brièveté, on utilisera dans la suite l'expression « composant moteur » pour désigner le moteur tout entier ou seulement un composant du moteur. La Fig. 1 illustre de manière schématique un système de surveillance en banc d'essai d'un composant moteur d'aéronef, selon l'invention. Ce système 1 comporte des moyens d'entrées 3, des moyens de sortie 4, des moyens de stockage 5, et des moyens de traitement 7 de l'information pour l'exécution d'un ou de plusieurs programmes d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme, stockés par exemple dans les moyens de stockage 5 et conçus pour mettre en oeuvre le procédé de surveillance du composant moteur 9. Le composant moteur 9 est monté dans un banc d'essai 11. Un grand nombre de capteurs 13 (quelques centaines) sont installés dans le composant moteur 9 ou son environnement pour relever des mesures sur des paramètres (de pression, de température, de débit, etc.) du composant moteur 9. Ces mesures issues des capteurs 13 ainsi qu'éventuellement d'autres données ou mesures issues des calculateurs du moteur sont récupérées de manière continue sous forme de canaux numériques par des voies ou chaînes d'acquisitions 15 de mesures. Les chaînes d'acquisitions 15 de mesures qui font parties intégrantes du banc d'essai 11, sont configurées également pour calculer des valeurs moyennes temporelles des mesures sur un intervalle de temps déterminé (par exemple, sur une plage d'une minute). Dans ce cas, les données (qu'on appellera dans la suite, des données d'entrées) qui sont renvoyées par les chaînes d'acquisitions 15 sont les moyennes temporelles des mesures de la plage de temps précédente (par exemple, de la minute précédente). La Fig.2 est un organigramme selon un mode de réalisation particulier de l'invention illustrant les étapes de surveillance en banc d'essai d'un composant moteur d'aéronef. Les étapes E1-E5 illustrent les étapes de l'importation des données d'entrées depuis un banc d'essai 11.

Conformément à l'invention, les moyens d'entrées 3 importent les données d'entrées représentatives des mesures relevées par les capteurs 13 installés dans le composant moteur 9. L'importation de données comporte la définition ou la sélection d'une liste de correspondances entre des libellés des mesures propres au banc d'essai 11 et les capteurs 13 associés. Plus particulièrement, l'étape El est un test pour savoir si le composant moteur 9 est installé pour la première fois au banc d'essai 11 en question. Si oui, on va à l'étape E2 et sinon, on va à l'étape E4.

A l'étape E2, on établit une liste de correspondances 21 entre des libellés des mesures propres au banc d'essai 11 et les capteurs 13 associés. En effet, les libellés de chacune des mesures sont propres à chaque banc. Par exemple, le paramètre pression peut s'appeler P ou Pa, en fonction du banc d'essai 11 et par conséquent, le système de surveillance 1 peut être facilement configuré pour s'adapter au banc d'essai 11. A titre d'exemple, cette configuration peut s'effectuer par l'entrée, dans un tableau Excel®, de la liste de tous les libellés de mesures utilisés par le banc d'essai 11 en question, ainsi que leur correspondance par rapport à une liste de capteurs 13.

A l'étape E3, la liste de correspondances 21 est stockée dans les moyens de stockage 17. Ainsi, chaque liste de correspondances propre à chaque banc d'essai est stockée en mémoire permettant au système de surveillance 1 de s'enrichir au cours de son utilisation. A l'étape E4, étant donné que le composant moteur 9 a déjà été monté sur le banc d'essai 11 en question, le système de surveillance 1 sélectionne la liste de correspondances gardée en mémoire et qui est propre à ce banc d'essai 11. A l'étape E5, les moyens de traitement 7 lisent les libellés renvoyés par le banc d'essai 11, qu'ils savent associer aux différents capteurs 13, grâce à la liste de correspondances. Les données d'entrées sont alors facilement associées aux paramètres mesurés par les capteurs 13.

Ainsi, l'importation des données permet au système de surveillance 1 selon l'invention d'être autonome et facilement adaptable à différents bancs d'essais. En effet, les moyens d'entrées 3 sont configurés pour être reliés au banc d'essais 11 par toutes sortes de liaisons de communication : liaison filaire, liaison non filaire, ou liaison de télécommunication par Internet ou tout autre réseau. De plus, les données d'entrées peuvent être transportées via un moyen de stockage amovible de type clé USB. Ainsi, on peut suivre l'essai à partir des mesures fournies par chaque banc d'essais 11 de n'importe quel lieu géographique et en temps réel au moyen d'une simple liaison de communication.

A l'étape E6, les moyens de traitement 7 filtrent les données d'entrées afin de sélectionner des données valides en éliminant les mesures invalides. Les données d'entrées comportent quelques centaines de données (températures, pressions, débits, etc.) issues de plusieurs sources (capteurs et/ou calculateurs du moteur). Ces données d'entrées sont filtrées grâce à des graphiques aérodynamiques ou profils types de mesures dans les différents plans du moteur comme illustré sur l'exemple de la Fig. 3C.

En effet, la Fig. 3A illustre un moteur d'aéronef avec plusieurs plans moteurs Pi. A chaque plan moteur est associé un numéro P1, P3, P5, Pi etc. Chaque plan moteur Pi comporte plusieurs sondes 251-254 de température, pression ou autre et chacune de ces sondes a la forme d'un peigne composé de plusieurs immersions I1, I2, Ij et chaque immersion Ij porte un capteur 13j comme illustré sur le plan P1 de la Fig. 3B. A chaque peigne est associé un azimut représenté par un angle ai dont la mesure est exprimée par exemple en minutes. De plus, chaque immersion Ij est elle-même déterminée par un numéro. Ainsi, la position d'un capteur dans le composant moteur 9 sera entièrement définie par la connaissance du numéro de plan Pi, de la position azimutale ai du peigne, et par le numéro de l'immersion Ij. Ainsi, chaque plan moteur est équipé de plusieurs peignes, chacun portant plusieurs immersions, ce qui donne donc plusieurs mesures de pression et de température par plan. Certaines de ces mesures ne seront pas valides (capteur défectueux, liaison pneumatique entre le capteur et le scanner bouché, présence d'humidité, ...) et il faut donc vérifier, et, le cas échéant, éliminer, les différentes mesures erronées. Cette opération d'élimination de mesures invalides peut se faire graphiquement, à l'aide de gabarits de profils, comme on peut le voir sur l'exemple de la Fig. 3C. En effet, la Fig. 3C illustre de manière schématique une interface graphique 27 montrant les profils d'un paramètre physique (par exemple la pression) dans un plan moteur Pi entre le centre et l'extérieur de la veine moteur. Dans le plan Pi, on dispose de quatre peignes, aux positions a1-a4. Chacun de ces peignes porte par exemple sept immersions I1-17, numérotées de 1 à 7. Les moyens de traitement 7 tracent l'écart à la moyenne par immersion de chaque capteur, en superposant ces écarts à des gabarits prédéfinis suivant le régime moteur. Les courbes 31 en gras représentent le profil à fort régime et les courbes 33 en pointillées représentent le profil à faible régime.

Tout capteur qui donne une valeur en-dehors de ces gabarits de profils doit être éliminé. Par exemple, la mesure issue du capteur situé dans l'immersion I2 (numéro 2) de la sonde 252 située à l'angle a4 se trouve en dehors de la courbe 33 et peut éventuellement être éliminée. Cette élimination peut se faire en mettant un code numérique en face de la mesure à éliminer. Avantageusement, la sélection des données valides est réalisée de manière interactive via l'interface graphique 27 des moyens de sortie 4 afin de laisser un opérateur expérimenté juger de la nature des écarts observés, qui sont parfois justifiés et/ou attendus. Le fait que cette opération ne soit pas entièrement automatisée, permet la conservation de mesures qui seraient jugées fausses par un outil entièrement automatique tel que celui traditionnellement codé dans les bancs. De plus, on peut choisir rapidement la source de la mesure pour chaque observable ou chaque point. Ainsi, on peut comparer en temps réel une suite de résultats de performances du composant moteur 9 en modifiant à chaque fois pour un ou plusieurs observables les sources d'informations (capteur ou calculateur) sans la nécessité de reconfigurer le banc d'essais 11.

Aux étapes E7-E9, les moyens de traitement 7 calculent un ensemble de paramètres du composant moteur 9 à partir des données valides sélectionnées à l'étape précédente. Plus particulièrement, une fois les mesures invalides éliminées, les moyens de traitement 7 standardisent à l'étape E7 les données valides pour définir des données valides standardisées. La standardisation comporte un calcul de moyennes par plan moteur pour les données valides représentatives des mesures considérées comme valides ou saines dans le plan. Par exemple, les mesures de pression étant très sensibles à la position de l'immersion, une première moyenne est faite par immersion, c'est-à-dire, on moyenne d'abord toutes les immersions portant le même numéro (par exemple le n° 4, voir Fig. 3C), puis on calcule la moyenne des moyennes par immersion. Ainsi, on s'assure de la meilleure représentativité possible des différentes immersions. La standardisation comporte également une sélection de données valides pertinentes ou prioritaires parmi des données correspondant à des mesures redondantes ou secondaires. En effet, les mesures autres que celles données par les peignes de pression et de températures ne sont pas moyennées car elles sont soit uniques, soit redondantes, auquel cas une mesure a priorité sur les autres, ces dernières servant à vérifier la validité de la mesure principale. Par exemple, le débit carburant est mesuré par plusieurs débitmètres, mais on ne retient que la valeur d'un seul débitmètre, les autres servant à vérifier que toutes les valeurs sont proches les unes des autres.

A l'étape E8, les moyens de traitement 7 construisent un vecteur d'entrée de mesures à partir de ces données valides standardisées. Ce vecteur d'entrée contient plusieurs dizaines de données (en général 82 données) comprenant : pressions, températures, débits d'air et de carburant, densité carburant, vitesses de rotation, positions de vannes, humidité, poussée, etc. issues des capteurs et/ou calculateurs moteur. A l'étape E9, les moyens de traitement 7 calculent selon un modèle de simulation l'ensemble de paramètres physiques ou thermodynamiques (environ 400 à 450 paramètres) du composant moteur 9 en fonction du vecteur d'entrée de mesures. Plus particulièrement, avec toutes les données du vecteur d'entrée, les moyens de traitement 7 réalisent plusieurs opérations. Une première opération consiste à reconstruire par corrélations les mesures manquantes à partir des mesures existantes. Une deuxième opération consiste à corriger les mesures des effets de banc, d'instrumentation, de configuration du moteur, et de température. Une troisième opération consiste à calculer des paramètres non directement mesurables, comme des rendements, des couples, des enthalpies, ainsi que des pressions et températures dans tous les plans du moteur, y compris ceux des plans qui ne sont pas instrumentés. Ces opérations permettent de reconstituer toutes les performances intrinsèques du composant moteur 9 dans les différents modules. A l'étape E10, tous les paramètres sont stockés dans les moyens de stockage 7 sous la forme de tableaux de données par exemple dans un fichier de type Excel® ou Matlab® permettant une exploitation numérique de ces résultats. Le fichier peut être conservé, avec d'autres, lors d'un calcul ultérieur. Ainsi, il est possible de comparer directement les résultats d'un essai avec ceux d'un ou plusieurs essais précédents. A l'étape E11, les moyens de traitement 7 construisent sur les interfaces graphiques des moyens de sorties 4, des courbes de surveillance en temps réel représentatives de l'évolution des paramètres. Ainsi, les résultats sont stockés également sous forme de planches graphiques ou courbes, permettant un suivi de l'essai en temps immédiat d'une part, et une comparaison aisée avec des essais précédents d'autre part. Ainsi, l'opérateur peut suivre visuellement les paramètres du moteur et identifier rapidement tout comportement anormal. Ces courbes peuvent par exemple être tracées sous Matlab® ou Excel® permettant aisément à l'opérateur d'ajouter ou modifier des courbes, susceptibles de répondre aux besoins spécifiques de l'essai en cours. Par exemple on peut construire une planche graphique représentant la poussée en fonction du régime moteur et ensuite construire une autre planche représentant la poussée en fonction de la température même si la seconde planche n'était pas prévue au départ. Ainsi, on peut facilement rajouter des planches graphiques selon les spécificités de l'essai (essai de performance, essai de pollution, etc.) contrairement à un outil traditionnel qui aurait nécessité une modification du programme du banc d'essai.

Ainsi, la spécificité de la présente invention est l'aspect générique de l'outil de suivi et dépouillement des essais, adapté à tous les bancs, moyennant la définition d'une liste de correspondance capteur-libellé propre à chaque banc. De plus, il permet de se passer de dépouillements plus fins de la phase II qui sont plus complexes et plus longs à mettre en oeuvre. Le procédé ou système de surveillance de la présente invention peut être utilisé sur différents bancs pour suivre sur place ou à distance, les essais des moteurs existants ou des futurs moteurs dans différents secteurs du projet moteur. Le procédé ou système de surveillance de la présente invention peut aussi être utilisé pour valider les modèles programmés dans les différents bancs en utilisant les mêmes hypothèses (constantes, mesures éliminées, corrélations, etc.).20

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance en banc d'essai d'au moins un composant d'un moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - importer des données d'entrées représentatives des mesures relevées par des capteurs (13) installés dans le composant moteur (9), - filtrer lesdites données d'entrées pour sélectionner des données valides, - calculer un ensemble de paramètres dudit composant moteur à partir desdites données valides, et - construire des courbes de surveillance en temps réel représentatives desdits paramètres.
2. 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'importation de données comporte la définition d'une liste de correspondances (21) entre des libellés des mesures propres au banc d'essai (11) et les capteurs (13) associés.
3. 3. Procédé de surveillance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque liste de correspondances propre à chaque banc d'essai (11) est stockée en mémoire.
4. 4. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 30 en ce que la sélection desdites données valides estréalisée de manière interactive en comparant les données d'entrées à des profils prédéfinis.
5. 5. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calcul dudit ensemble de paramètres comporte les étapes suivantes : - standardiser lesdites données valides pour définir des données valides standardisées, construire un vecteur d'entrée de mesures à partir desdites données valides standardisées, et - calculer selon un modèle de simulation ledit ensemble de paramètres en fonction dudit vecteur 15 d'entrée de mesures.
6. 6. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la standardisation comporte un calcul de 20 moyennes des données valides représentatives des mesures valides par plan moteur, et une sélection de données valides pertinentes parmi des données correspondant à des mesures redondantes. 25
7. 7. Procédé de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un stockage de l'ensemble de paramètres.
8. 8. Système de surveillance en banc d'essai d'au moins un composant d'un moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens d'entrée (3) pour importer des données d'entrées représentatives des mesures relevées par des capteurs (13) installés dans le composant moteur (9), - des moyens de traitement (7) pour filtrer lesdites données d'entrées pour sélectionner 10 des données valides, - des moyens de traitement (7) pour calculer un ensemble de paramètres dudit composant moteur à partir desdites données valides, et des moyens de traitement (7) pour 15 construire des courbes de surveillance en temps réel représentatives desdits paramètres.
9. 9. Système de surveillance selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens 20 d'entrées (3) sont configurés pour être reliés au banc d'essais (11) par une liaison de communication parmi les liaisons suivantes : liaison filaire, liaison non filaire, et liaison de télécommunication. 25
10. 10. Produit programme d'ordinateur comportant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 lorsqu'il est exécuté par ordinateur. 30