FR3126775A1 - Method for detecting vibrations of an aircraft control surface. - Google Patents

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    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/04—Frequency
    • G01H3/06—Frequency by electric means

Abstract

Procédé de détection de vibrations d’une gouverne d’aéronef. Le procédé de détection de vibrations d’une gouverne (41) d’un aéronef (1) comprend les étapes suivantes : - acquérir (E1) des données de vol issues d’un enregistreur de données de vol d’un aéronef ; - déterminer (E2) une fréquence d’échantillonnage (Fe) correspondant auxdites données de vol ; - acquérir (E3) une valeur d’une fréquence de vibration (Fv) correspondant à la gouverne ; - déterminer (E4) une fréquence d’intérêt telle que si la fréquence de vibration correspondant à la gouverne est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, la fréquence d’intérêt est égale à une fréquence de repliement de spectre (Fr) de la fréquence de vibration (Fv) correspondant à la gouverne, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage ; et - analyser (E5) un signal correspondant auxdites données de vol, de façon à détecter d’éventuelles oscillations correspondant à la fréquence d’intérêt. Figure pour l’abrégé : Fig. 4Method for detecting vibrations of an aircraft control surface. The method for detecting vibrations of a control surface (41) of an aircraft (1) comprises the following steps: - acquiring (E1) flight data from a flight data recorder of an aircraft; - determining (E2) a sampling frequency (Fe) corresponding to said flight data; - acquiring (E3) a value of a vibration frequency (Fv) corresponding to the control surface; - determining (E4) a frequency of interest such that if the vibration frequency corresponding to the control surface is greater than half the sampling frequency, the frequency of interest is equal to a spectrum aliasing frequency (Fr) the frequency of vibration (Fv) corresponding to the control surface, relative to half the sampling frequency; and - analyzing (E5) a signal corresponding to said flight data, so as to detect any oscillations corresponding to the frequency of interest. Figure for abstract: Fig. 4

Description

Procédé de détection de vibrations d’une gouverne d’aéronef.Method for detecting vibrations of an aircraft control surface.

L’invention est relative au domaine de l’aide à la maintenance des aéronefs. Comme représenté sur la , un aéronef 1, en particulier un avion de transport, comporte généralement un fuselage 2 pourvu d’ailes 3, d’une dérive 4 et de plans stabilisateurs 5. L’aéronef est également pourvu d’un ensemble de gouvernes, non représentées sur la , correspondant par exemple à des volets ou des ailerons équipant les ailes 3, à des gouvernes de profondeur associées aux plans stabilisateurs 5 ou encore à une gouverne de direction associée à la dérive 4. Par exemple, pour les aéronefs comportant des commandes de vol électriques, ces gouvernes sont commandées par un ensemble de calculateurs de commandes de vol de l’aéronef. La illustre un système 40 de commande d’une gouverne 41 d’un aéronef tel que l’aéronef 1 illustré sur la . La gouverne 41 est montée mobile en rotation autour d’un axe 42 grâce à une ligne de charnière comportant un ensemble de rotules et permettant d’articuler ladite gouverne par rapport à un élément structurel de l’aéronef. Le système 40 comprend un actionneur 44, par exemple un vérin, dont l’extrémité d’une tige est reliée à la gouverne 41 par une rotule 43 de façon à permettre de commander une rotation de la gouverne autour de l’axe 42. L’actionneur 44 est commandé par un calculateur de commandes de vol 45 (libellé FCC sur la figure, pour « Flight Control Computer » en anglais). La commande de l’actionneur 44 par le calculateur de commandes de vol 45 est par exemple une commande discrétisée mise en œuvre de façon itérative selon une fréquence d’échantillonnage prédéterminée. Pour une itération n donnée, le calculateur de commandes de vol 45 détermine une consigne x(n) qu’il applique à l’actionneur 44 via une boucle d’asservissement tel que représenté sur la figure. Cette boucle d’asservissement comprend par exemple le retour vers le calculateur de commandes de vol d’une mesure w(n) de la position de la tige de l’actionneur. Elle peut aussi comprendre le retour vers le calculateur de commande de vol 45 d’une mesure y(n) de la position de la gouverne 41, exprimée par exemple sous la forme d’une position angulaire de la gouverne autour de son axe de rotation 42.The invention relates to the field of aircraft maintenance assistance. As shown on the , an aircraft 1, in particular a transport aircraft, generally comprises a fuselage 2 provided with wings 3, a fin 4 and stabilizer planes 5. The aircraft is also provided with a set of control surfaces, not shown on there , corresponding for example to flaps or ailerons fitted to the wings 3, to elevators associated with the stabilizer planes 5 or even to a rudder associated with the fin 4. For example, for aircraft comprising electric flight controls , these control surfaces are controlled by a set of aircraft flight control computers. There illustrates a system 40 for controlling a control surface 41 of an aircraft such as the aircraft 1 illustrated in the . The control surface 41 is rotatably mounted around an axis 42 thanks to a hinge line comprising a set of ball joints and making it possible to articulate said control surface with respect to a structural element of the aircraft. The system 40 comprises an actuator 44, for example a cylinder, the end of a rod of which is connected to the control surface 41 by a ball joint 43 so as to make it possible to control a rotation of the control surface around the axis 42. The actuator 44 is controlled by a flight control computer 45 (labeled FCC in the figure, for “Flight Control Computer” in English). The control of the actuator 44 by the flight control computer 45 is for example a discretized control implemented iteratively according to a predetermined sampling frequency. For a given iteration n, the flight control computer 45 determines a setpoint x(n) which it applies to the actuator 44 via a servo loop as shown in the figure. This servo loop includes for example the return to the flight control computer of a measurement w(n) of the position of the rod of the actuator. It can also include the return to the flight control computer 45 of a measurement y(n) of the position of the control surface 41, expressed for example in the form of an angular position of the control surface around its axis of rotation. 42.

Des manœuvres répétées de la gouverne au fur et à mesure de l’exploitation de l’aéronef peuvent entraîner, dans certaines circonstances, une usure de pièces mécaniques telles que la rotule 43 ou encore les rotules de la ligne de charnière assurant la liaison entre la gouverne 41 et l’axe de rotation 42. Il en résulte des jeux mécaniques, susceptibles d’entraîner des vibrations de la gouverne 41 lorsque l’aéronef est en vol, notamment lorsque la gouverne est peu chargée aérodynamiquement. Ces vibrations peuvent parfois se propager à la structure de l’aéronef et être ressenties par les passagers et par l’équipage de l’aéronef. Par conséquent, il est souhaitable d’identifier une gouverne à l’origine de vibrations en vue de réaliser une maintenance de ladite gouverne afin de garantir le confort des passagers. Or, étant donné le nombre élevé de gouvernes d’un aéronef, l’identification d’une gouverne à l’origine de vibrations peut s’avérer difficile.Repeated maneuvers of the control surface as the aircraft is operated can lead, under certain circumstances, to wear of mechanical parts such as the ball joint 43 or even the ball joints of the hinge line providing the connection between the rudder 41 and the axis of rotation 42. This results in mechanical play, liable to cause vibrations of the rudder 41 when the aircraft is in flight, in particular when the rudder is lightly loaded aerodynamically. These vibrations can sometimes propagate to the structure of the aircraft and be felt by the passengers and the crew of the aircraft. Consequently, it is desirable to identify a control surface at the origin of vibrations in order to carry out maintenance of said control surface in order to guarantee passenger comfort. However, given the large number of control surfaces of an aircraft, the identification of a control surface at the origin of vibrations can prove to be difficult.

La demande de brevet numéro FR3.094.088A1 déposée au nom de la demanderesse est relative à un procédé de détection de vibrations engendrées par une gouverne d’un aéronef. La mise en œuvre dudit procédé peut être réalisée à bord de l’aéronef ou au sol. Lorsque le procédé est mis en œuvre à bord de l’aéronef, cela nécessite l’implantation d’un logiciel approprié dans un calculateur de l’aéronef. Lorsque le procédé est mis en œuvre au sol, cela nécessite l’implantation dans un calculateur de l’aéronef, d’un logiciel permettant de transmettre des informations à un calculateur au sol mettant en œuvre le procédé. Dans tous les cas, la mise en œuvre du procédé nécessite donc la mise en place ou la modification d’un logiciel d’un calculateur de l’aéronef. Cela peut s’avérer complexe et fastidieux lorsque le logiciel doit être mis en place sur des aéronefs déjà existants, surtout si une compagnie aérienne possède un nombre élevé d’aéronefs. Il existe donc un besoin pour mettre en œuvre un tel procédé sans modifier un logiciel de l’aéronef. D’autre part, bien que des informations relatives à des gouvernes de l’aéronef soient enregistrées dans un enregistreur de vol (aussi appelé boîte noire) de l’aéronef, ces informations sont enregistrées selon une fréquence d’échantillonnage insuffisante, par rapport aux fréquences de vibration des gouvernes, pour pouvoir exploiter ces informations pour la maintenance. En effet, conformément au théorème de Shannon, la fréquence d’échantillonnage doit être supérieure à deux fois la fréquence d’un signal que l’on souhaite analyser.Patent application number FR3.094.088A1 filed in the name of the applicant relates to a method for detecting vibrations generated by an aircraft control surface. The implementation of said method can be carried out on board the aircraft or on the ground. When the method is implemented on board the aircraft, this requires the installation of appropriate software in a computer of the aircraft. When the method is implemented on the ground, this requires the installation in a computer of the aircraft of software making it possible to transmit information to a computer on the ground implementing the method. In all cases, the implementation of the method therefore requires the installation or modification of software of a computer of the aircraft. This can be complex and tedious when the software has to be implemented on already existing aircraft, especially if an airline has a large number of aircraft. There is therefore a need to implement such a method without modifying software of the aircraft. On the other hand, although information relating to the control surfaces of the aircraft is recorded in a flight recorder (also called black box) of the aircraft, this information is recorded according to an insufficient sampling frequency, compared to the control surface vibration frequencies, to be able to use this information for maintenance. Indeed, in accordance with Shannon's theorem, the sampling frequency must be greater than twice the frequency of a signal that one wishes to analyze.

La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne un procédé de détection de vibrations d’au moins une gouverne d’un aéronef. Ce procédé comprend les étapes suivantes mises en œuvre par une unité de traitement d’un calculateur :The object of the present invention is in particular to provide a solution to this problem. It relates to a method for detecting vibrations of at least one control surface of an aircraft. This method comprises the following steps implemented by a processing unit of a computer:

- acquérir des données de vol d’un aéronef issues d’un enregistreur de données de vol dudit aéronef ;- acquire flight data of an aircraft from a flight data recorder of said aircraft;

- déterminer une fréquence d’échantillonnage correspondant auxdites données de vol ;- determining a sampling frequency corresponding to said flight data;

- acquérir une valeur d’une fréquence de vibration correspondant à ladite au moins une gouverne de l’aéronef ;- acquiring a value of a vibration frequency corresponding to said at least one control surface of the aircraft;

- déterminer une fréquence d’intérêt telle que si la fréquence de vibration correspondant à la gouverne est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, la fréquence d’intérêt est égale à une fréquence de repliement de spectre de la fréquence de vibration correspondant à la gouverne, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage ;- determining a frequency of interest such that if the vibration frequency corresponding to the control surface is greater than half the sampling frequency, the frequency of interest is equal to a spectrum aliasing frequency of the corresponding vibration frequency at the control surface, relative to half the sampling frequency;

- analyser un signal correspondant auxdites données de vol, de façon à détecter d’éventuelles oscillations correspondant à la fréquence d’intérêt ; et- analyzing a signal corresponding to said flight data, so as to detect any oscillations corresponding to the frequency of interest; And

- transmettre à un dispositif utilisateur, un rapport correspondant à la présence de vibrations de la gouverne, si le signal analysé comporte des oscillations pendant une durée supérieure à un seuil de durée prédéterminé.- transmit to a user device, a report corresponding to the presence of vibrations of the control surface, if the signal analyzed comprises oscillations for a duration greater than a predetermined duration threshold.

Ainsi, le procédé permet de déterminer d’éventuelles vibrations d’une gouverne sur la base d’informations issues d’un enregistreur de vol, donc sans nécessiter l’installation d’un logiciel spécifique dans un calculateur de l’aéronef. En effet, ces informations sont alors récupérées, en particulier au sol, en même temps que d’autres informations de l’enregistreur de vol. Le fait d’analyser le signal autour d’une fréquence d’intérêt correspondant à une fréquence de repliement de spectre de la fréquence de vibration de la gouverne, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, permet de déterminer d’éventuelles vibrations de la gouverne sur la base des informations issues de l’enregistreur de vol, lorsque la fréquence de vibration de la gouverne est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage.Thus, the method makes it possible to determine any vibrations of a control surface on the basis of information from a flight recorder, therefore without requiring the installation of specific software in a computer of the aircraft. Indeed, this information is then recovered, in particular on the ground, at the same time as other information from the flight recorder. The fact of analyzing the signal around a frequency of interest corresponding to a spectrum aliasing frequency of the vibration frequency of the control surface, with respect to half the sampling frequency, makes it possible to determine possible control surface vibrations based on information from the flight recorder, when the control surface vibration frequency is greater than half the sampling frequency.

Selon différents modes de réalisation pouvant être pris isolément ou en combinaison :According to different embodiments which can be taken alone or in combination:

- les données de vol issues de l’enregistreur de vol comprennent des valeurs d’une position de la gouverne considérée ;- the flight data from the flight recorder includes values of a position of the control surface considered;

- les données de vol issues de l’enregistreur de vol comprennent en outre des informations provenant d’au moins une centrale inertielle de l’aéronef ;- the flight data from the flight recorder also includes information from at least one inertial unit of the aircraft;

- l’étape d’analyse du signal correspondant aux données de vol comprend les sous-étapes suivantes :- the step of analyzing the signal corresponding to the flight data comprises the following sub-steps:

. réaliser un premier filtrage du signal correspondant aux données de vol, de façon à éliminer des composantes du signal correspondant à des fréquences extérieures à une bande de fréquences incluant la fréquence d’intérêt ;. carry out a first filtering of the signal corresponding to the flight data, so as to eliminate components of the signal corresponding to frequencies outside a frequency band including the frequency of interest;

. réaliser un deuxième filtrage du signal, de façon à éliminer des composantes du signal correspondant à des oscillations d’amplitude inférieure à un seuil d’amplitude prédéterminé ;. carry out a second filtering of the signal, so as to eliminate components of the signal corresponding to oscillations of amplitude lower than a predetermined amplitude threshold;

- le procédé comporte une étape de vérification de la qualité des données de vol avant l’étape d’analyse du signal correspondant aux données de vol, de façon à rejeter des données de vol qui auraient un niveau de qualité inférieur à un niveau de qualité prédéterminé ;- the method comprises a step of checking the quality of the flight data before the step of analyzing the signal corresponding to the flight data, so as to reject flight data which would have a quality level lower than a quality level predetermined;

- le procédé est mis en œuvre pour plusieurs gouvernes de l’aéronef, de façon à détecter d’éventuelles vibrations desdites gouvernes.- the method is implemented for several control surfaces of the aircraft, so as to detect any vibrations of said control surfaces.

Claims (6)

1) Procédé de détection de vibrations d’au moins une gouverne (41) d’un aéronef (1), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes mises en œuvre par une unité de traitement (15) d’un calculateur (14) :
- acquérir (E1) des données de vol d’un aéronef issues d’un enregistreur de données de vol dudit aéronef ;
- déterminer (E2) une fréquence d’échantillonnage (Fe) correspondant auxdites données de vol ;
- acquérir (E3) une valeur d’une fréquence de vibration (Fv) correspondant à ladite au moins une gouverne de l’aéronef ;
- déterminer (E4) une fréquence d’intérêt telle que si la fréquence de vibration correspondant à la gouverne est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, la fréquence d’intérêt est égale à une fréquence de repliement de spectre (Fr) de la fréquence de vibration (Fv) correspondant à la gouverne, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage ;
- analyser (E5) un signal correspondant auxdites données de vol, de façon à détecter d’éventuelles oscillations correspondant à la fréquence d’intérêt ; et
- transmettre (E6) à un dispositif utilisateur (18), un rapport correspondant à la présence de vibrations de la gouverne, si le signal analysé comporte des oscillations pendant une durée supérieure à un seuil de durée prédéterminé.1) Method for detecting vibrations of at least one control surface (41) of an aircraft (1), characterized in that it comprises the following steps implemented by a processing unit (15) of a computer ( 14):
- acquiring (E1) flight data of an aircraft from a flight data recorder of said aircraft;
- determining (E2) a sampling frequency (Fe) corresponding to said flight data;
- acquiring (E3) a value of a vibration frequency (Fv) corresponding to said at least one control surface of the aircraft;
- determining (E4) a frequency of interest such that if the vibration frequency corresponding to the control surface is greater than half the sampling frequency, the frequency of interest is equal to a spectrum aliasing frequency (Fr) the vibration frequency (Fv) corresponding to the control surface, relative to half the sampling frequency;
- analyzing (E5) a signal corresponding to said flight data, so as to detect any oscillations corresponding to the frequency of interest; And
- transmitting (E6) to a user device (18), a report corresponding to the presence of vibrations of the control surface, if the analyzed signal comprises oscillations for a duration greater than a predetermined duration threshold. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites données de vol issues de l’enregistreur de vol comprennent des valeurs d’une position de la gouverne considérée.2) Method according to claim 1, characterized in that said flight data from the flight recorder include values of a position of the control surface considered. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites données de vol issues de l’enregistreur de vol comprennent en outre des informations provenant d’au moins une centrale inertielle de l’aéronef.3) Method according to claim 2, characterized in that said flight data from the flight recorder further comprises information from at least one inertial unit of the aircraft. 4) Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape (E5) d’analyse du signal correspondant aux données de vol comprend les sous-étapes suivantes :
- réaliser un premier filtrage du signal correspondant aux données de vol, de façon à éliminer des composantes du signal correspondant à des fréquences extérieures à une bande de fréquences incluant la fréquence d’intérêt ;
- réaliser un deuxième filtrage du signal, de façon à éliminer des composantes du signal correspondant à des oscillations d’amplitude inférieure à un seuil d’amplitude prédéterminé.4) Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the step (E5) of analyzing the signal corresponding to the flight data comprises the following sub-steps:
- carry out a first filtering of the signal corresponding to the flight data, so as to eliminate components of the signal corresponding to frequencies outside a frequency band including the frequency of interest;
- carry out a second filtering of the signal, so as to eliminate components of the signal corresponding to oscillations of amplitude lower than a predetermined amplitude threshold. 5) Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de vérification de la qualité des données de vol avant l’étape d’analyse du signal correspondant aux données de vol, de façon à rejeter des données de vol qui auraient un niveau de qualité inférieur à un niveau de qualité prédéterminé.5) Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a step of checking the quality of the flight data before the step of analyzing the signal corresponding to the flight data, so as to reject flight data that would have a quality level lower than a predetermined quality level. 6) Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre pour plusieurs gouvernes de l’aéronef, de façon à détecter d’éventuelles vibrations desdites gouvernes.6) Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is implemented for several control surfaces of the aircraft, so as to detect any vibrations of said control surfaces.
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