FR3131643A1 - Système de régulation et de surveillance d’un moteur d’aéronef - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système de régulation et de surveillance d’un moteur d’aéronef, comprenant un système (1) de régulation principale configuré pour commander un système (2) d’actionnement comprenant au moins un actionneur (21), le système de régulation principale comprenant une première voie (11) et une seconde voie (12), l’une ou l’autre des première et deuxième voies (11, 12) étant en contrôle de manière à commander le système (2) d’actionnement selon la consigne de position calculée par l’unité de commande (COM1, COM2) de la voie en contrôle ; l’autre voie étant en attente ; l’une des première ou deuxième voies (11, 12) étant en attente en ce qu’elle est configurée pour être en contrôle lorsque la consigne de position calculée par la voie en contrôle (11, 12) est erronée. Figure pour l’abrégé : FIGURE 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne la régulation et la surveillance des moteurs d’aéronef.
Pour contrôler un moteur d’aéronef essentiellement tolérant à la simple panne, une solution classique consiste à redonder le chemin électrique, voire organique (acquisition, unité de traitement, commande) de la régulation automatique ; par exemple une architecture double voie dans laquelle les actionneurs peuvent être pilotés par l’une ou l’autre voie de régulation.
Une telle solution permet d’améliorer la disponibilité et la sécurité des systèmes de régulation au détriment de la fiabilité.
Tant que les pannes sont détectées, ce type d’architecture permet d’éloigner la probabilité de la perte de la régulation automatique, du moins pour toutes les pannes aléatoires qui n’affectent qu’une seule des deux voies (hors causes communes résiduelles).
Cependant, si la chaîne de calcul du système de régulation est redondée mais que la redondance est de conception identique, alors il pourrait subsister des causes résiduelles d’erreur commune de développement (erreur de conception, de spécification, d’implémentation,…, non quantifiables), voire de fabrication, etc., qui pourraient potentiellement affecter les deux voies de calcul du système de régulation dans un même vol, et ainsi conduire à la perte de la régulation automatique, voire à une multiple perte de régulation automatique dans le cas des applications multi-moteurs.
Par ailleurs, au-delà de la perte de la régulation automatique, un autre événement redouté à considérer est la régulation erronée non détectée (sur un ou plusieurs moteurs). Ce type d’implémentation double voie ne permet pas de réduire la probabilité de régulation erronée non détectée. C’est uniquement après avoir détecté une information erronée sur la voie en contrôle que la voie en attente joue le rôle de redondance en devenant la voie en contrôle. La voie pilotant les actionneurs étant alors dite en contrôle tandis que l’autre voie est dite en attente (en ce qu’elle ne pilote pas les actionneurs lorsque l’autre est en contrôle, en ce qu’elle pilote les actionneurs lorsqu’elle prend le relais sur l’autre voie, en cas de défaillance par exemple).
Actuellement, le risque vis-à-vis de l’erreur de développement (spécification, conception, implémentation…) conduisant à un ou plusieurs des événements redoutés est minimisé par l’adoption d’un processus rigoureux d’assurance de développement correspondant au niveau le plus critique (tests, contrôle des exigences, contrôle de la qualité, revues, compétences des personnels, etc.).
L’invention permet de réduire des risques des erreurs résiduelles,a priorinon connues, de développement, fabrication, installation, utilisation, maintenance/réparation, à un niveau acceptable. La réduction des risques n’est alors pas uniquement basée sur des techniques réactives traditionnelles de minimisation des erreurs en réduisant les causes, ce qui est la pratique courante des motoristes aéronautiques, mais aussi par des techniques proactives qui rendent le système capable d’être tolérant aux erreurs en limitant les effets.
En particulier, par l’intermédiaire des principes de surveillance, d’indépendance et de reconfiguration, elle vise qualitativement :
- d’une part, la détection de potentielles erreurs au sein même d’une voie de régulation ;
- d’autre part, la tolérance/robustesse à l’erreur au sein du système de régulation.
A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un système de régulation et de surveillance d’un moteur d’aéronef, comprenant un système de régulation principale configuré pour commander un système d’actionnement comprenant au moins un actionneur, le système de régulation principale comprenant : une première voie comprenant une unité de commande configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur en fonction des informations de mesures issues d’un système de mesures, une seconde voie comprenant une unité de commande configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur en fonction des informations de mesures issues du système de mesures, l’une ou l’autre des première et deuxième voies étant en contrôle de manière à commander le système d’actionnement selon la consigne de position calculée par l’unité de commande de la voie en contrôle ; l’autre voie étant en attente ; l’une et/ou l’autre des première et deuxième voies comprenant : une unité de surveillance configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur, l’unité de surveillance étant diversifiée par rapport à l’unité de commande de la voie en contrôle, en ce qu’elle est calculée d’une manière différente de la consigne calculée par l’unité de commande de la voie en contrôle, l’unité de surveillance étant configurée pour comparer la consigne de position de l’unité de commande de la voie en contrôle avec la consigne de position de l’unité de surveillance afin de vérifier que la consigne de position calculée par la voie en contrôle pour chaque actionneur n’est pas erronée, l’une des première ou deuxième voies étant en attente en ce qu’elle est configurée pour être en contrôle lorsque la consigne de position calculée par la voie en contrôle est erronée.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un système de régulation et de surveillance d’un moteur d’aéronef, comprenant un système de régulation principale configuré pour commander un système d’actionnement comprenant au moins un actionneur, le système de régulation principale comprenant
- une première voie comprenant une première unité de commande et une deuxième unité de commande, chacune configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur en fonction des informations de mesures issues d’un système de mesures, la première ou la deuxième unité de commande calculant la consigne de position en cas de défaillance de l’autre unité de commande ; la première voie étant en contrôle de manière à commander le système d’actionnement selon la consigne de position calculée par la première ou la deuxième unité de commande ;
- une deuxième voie, en attente, comprenant au moins une unité de surveillance configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur, l’unité de surveillance étant diversifiée par rapport à l’unité de commande de la première voie en contrôle, en ce que la consigne calculée par l’unité de surveillance est calculée d’une manière différente de la consigne calculée par la première ou la deuxième unité de commande de la première voie, l’unité de surveillance étant configurée pour comparer la consigne de position de la première voie avec la consigne de position calculée par l’unité de surveillance afin de vérifier que la consigne de position calculée au niveau de la première voie pour chaque actionneur n’est pas erronée, la deuxième voies étant en attente en ce qu’elle est configurée pour être en contrôle lorsque la consigne de position calculée par la voie en contrôle est erronée.
Le système selon le deuxième aspect est tel que la deuxième voie comprend deux unités de surveillance, une première unité de surveillance et une deuxième unité de surveillance, la première ou la deuxième unité de surveillance calculant et surveillant la consigne de position de la première voie en cas de défaillance de l’autre unité de surveillance.
Le système selon le premier ou le deuxième aspect comprend en outre un système de régulation auxiliaire, le système d’actionnement comprenant en outre au moins un actionneur auxiliaire, le système de régulation auxiliaire comprenant une voie auxiliaire configurée pour piloter ledit au moins un actionneur auxiliaire en cas de défaillance du système de régulation principale, soit dès le début du vol de l’aéronef, soit lors d’entraînement à la panne du système de régulation principale.
Avantageusement, le système selon le premier ou le deuxième aspect est tel que lequel la voie auxiliaire comprend une unité de commande configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur et commander le système d’actionnement selon la consigne de position calculée par l’unité de commande ; et/ou une unité de surveillance configurée pour calculer et surveiller la consigne de position calculée par l’unité de commande de la voie en contrôle.
Avantageusement, le système selon le premier ou le deuxième aspect est tel que l’unité de commande de la première voie et/ou la seconde voie et/ou la voie auxiliaire comprend : trois sous unités de commande chacune configurée pour calculer une consigne de position ; une unité de surveillance configurée pour détecter si au moins une des consignes de position calculées est erronée, la voie correspondante étant alors considérée en écart ; une des trois consignes de position calculées étant considérée en écart si elle est supérieure à un seuil, ledit seuil étant de préférence défini pour chaque actionneur.
Avantageusement, le système selon le premier ou le deuxième aspect est tel que au moins une des trois sous unités de commande est diversifiée par rapport aux deux autres ; l’unité de surveillance est diversifiée par rapport aux trois unités de commande.
Avantageusement, le système selon le premier ou le deuxième aspect est tel que la voie en contrôle est diversifiée par rapport à au moins une des autres voies en attente qui a les propriétés suivantes : l’unité de commande est diversifiée des unités de commande et de surveillance de la voie en contrôle ; l’unité de surveillance optionnelle est diversifiée des unités de commande et de surveillance de la voie en contrôle.
L’invention concerne également un ensemble bimoteur comprenant deux systèmes de régulation et de surveillance selon le premier aspect ou le deuxième aspect, les moteurs étant contrôlés :
- soit par deux voies diversifiées au début du vol en cas de panne/erreur détectée sur un système, celui-ci pouvant être reconfiguré sur une voie en attente similaire à celle en contrôle de l’autre moteur ;
- soit par deux voies similaires au début du vol en cas de panne/erreur détectée sur un ou les deux systèmes, ceux-ci pouvant être reconfigurés sur des voies en attente diversifiées de celles précédemment en contrôle.
L’architecture du système maintient la disponibilité du système lorsqu’un chemin fonctionnel est impacté par la manifestation d’une erreur, le chemin fonctionnel étant celui considéré pour le calcul et la réalisation (actionnement) de la consigne.
Le maintien de l’intégrité et de la disponibilité du système sont donc les deux objectifs visés de minimisation de l’effet de la manifestation d’une l’erreur.
C’est grâce à la faculté d’au moins une des voies de régulation de surveiller que la ou les consignes de régulation de la voie en contrôle ne sont pas erronées, que le dispositif de régulation de l’invention est résilient aux erreurs.
Ce principe est basé sur des conceptions diversifiées de certains composants de la chaîne fonctionnelle permettant de calculer et opérer des consignes de régulation de manières différentes afin de détecter les erreurs puis de les accommoder. La diversification s’entend comme une défense contre les erreurs qui s’accomplit par des spécifications suffisamment différentes et/ou des conceptions suffisamment différentes et/ou des implémentations suffisamment différentes (organes différents) et/ou des fabrications suffisamment différentes incluant notamment le montage et l’installation sur l’aéronef, et/ou des conditions d’utilisation suffisamment différentes, de façon à ce que si une erreur se manifeste sur un chemin fonctionnel, le chemin fonctionnel prévu de détection, et/ou de contournement/compensation/accommodation (back-up), et/ou la barrière de protection (en anglais, containment), ne soit pas lui-même/elle-même affecté(e) par la même erreur.
L’invention est avantageusement réalisable sur des architectures matérielles et fonctionnelles de typologies différentes.
Pour un moteur, un système de régulation auxiliaire peut être adjoint au système de régulation principale. Ce système auxiliaire peut avoir les mêmes caractéristiques fonctionnelles que le système principal. Dans ce cas, il peut être utilisé comme un système principal, même lorsque le système principal est nominal. Il peut également avoir des fonctionnalités plus limitées du point de vue de la régulation et/ou de la surveillance. Dans ce cas, il est utilisé en back-up (recueil), en cas de panne du système de régulation principale.
Pour un moteur, lorsqu’un système de régulation principale est couplé à un système de régulation auxiliaire, afin de ne pas rendre indisponible le système de régulation du fait d’une erreur, nous proposons que la fonction de régulation principale et la fonction de régulation auxiliaire soient diversifiées.
D’une manière générale, quel que soit le nombre de voie de régulation principale et auxiliaire pour un moteur, nous proposons qu’au moins deux voies soient diversifiées.
Pour un bimoteur avec des moteurs à définition identique, chaque système de régulation hérite des propriétés de diversification du système de régulation d’un moteur. Afin de ne pas supporter les effets identiques d’une erreur sur les deux moteurs à la fois, nous proposons d’utiliser la diversification des voies de la manière suivante en configuration nominale (en début de vol) :
- la voie en contrôle du système de régulation (principale ou auxiliaire) d’un moteur est diversifiée par rapport à la voie en contrôle du système de régulation (principale ou auxiliaire) de l’autre moteur. En cas de panne ou d’erreur détectée sur la voie en contrôle d’un moteur, reconfiguration sur la voie en attente du système de régulation (principale ou auxiliaire).
- La voie en contrôle du système de régulation (principale ou auxiliaire) d’un moteur est similaire à la voie en contrôle du système de régulation (principale ou auxiliaire) de l’autre moteur. En cas de panne ou d’erreur détectée sur la (ou les) voie(s) en contrôle, reconfiguration sur la (ou les) voie(s) diversifiée(s) en attente du système de régulation (principale ou auxiliaire).
Les principes de diversification, répondant aux besoins d’indépendance, décrits ci-dessus pour un bimoteur peuvent s’étendre pour d’autres applications multi-moteurs et être mixés selon les besoins. La répartition de la diversification des moteurs entre eux tiendra compte de l’impact sur la pilotabilité de l’aéronef.
D’autres caractéristiques, buts de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la illustre un dispositif de régulation selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la illustre un dispositif de régulation selon un second mode de réalisation de l’invention ;
- la illustre un dispositif de régulation selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
- la , la , la , la , la et la illustrent des variantes d’implémentation des unités de commande et surveillance au sein d’un dispositif de régulation selon l’invention ;
- la illustre un dispositif de régulation selon un quatrième mode de réalisation.
En relation avec lesfigures 1, 2 et 3, un dispositif de régulation d’un moteur d’aéronef, comprend :
- un système 1 de régulation principale ;
- un système 2 d’actionnement comprenant au moins un actionneur (par exemple : moteur électrique, servovalve, …) ;
- un système 3 de mesures (par exemple : température, vitesse, pression, couple…) ; et éventuellement ;
- un système 4 de régulation auxiliaire.
Le système 1 de régulation principale permet de piloter le système 2 d’actionnement selon une consigne de position déterminée pour chaque actionneur selon des informations de mesure(s) issue(s) du système 3 de mesures.
Le système 2 d’actionnement peut être composé d’un ou plusieurs actionneurs pour assurer la régulation du moteur suivant les besoins.
De manière complémentaire, un système 4 de régulation auxiliaire, peut être adjoint au système 1 de régulation principale et permet également de piloter le système 2 d’actionnement selon une consigne de position déterminée pour chaque actionneur selon les informations du système 3 de mesures lorsque le système 1 de régulation principale n’est pas en contrôle (c’est-à-dire qu’il ne permet pas de piloter le système 2 d’actionnement) (en cas de panne du système principal ou bien lors des vols d’entraînement à la panne du système principal ou bien en configuration « dispatch » (c’est-à-dire lorsqu’un vol est autorisé avec une panne au décollage), ou bien en configuration multi-moteurs si besoin que les deux moteurs soient contrôlés par deux voies diversifiées (diversification d’emploi)). Par diversifiées on entend des voies dont tout ou partie des caractéristiques sont différentes : architectures matérielles et/ou fonctionelles comme indiqué ci-avant et/ou principes physiques et/ou conditions de fonctionnement/utilisation et/ou niveaux des stress et/ou matériaux et/ou conditions de conception/dimensionnement et/ou des conditions d’environnements et/ou des conditions/procédés de fabrication et/ou des conditions de maintenance/réparation, ….
Le système 1 de régulation principale comprend deux voies 11, 12, chacune configurée pour calculer une consigne de position et piloter le système 2 d’actionnement comprenant au moins un actionneur 21 selon cette consigne. La voie 11, 12 qui pilote le système 2 d’actionnement est nommée « voie en contrôle », l’autre voie étant nommée « voie en attente » du fait qu’elle est configurée pour pouvoir prendre le contrôle du système 2 d’actionnement lorsque la consigne de position calculée par la voie en contrôle est erronée.
On est ici dans le cas d’un système 1 de régulation principale de type commande, pilotant au moins un actionneur 21 principal. En effet, dans cas la voie en attente permet de prendre le relais de la voie en contrôle en cas de défaillance de cette dernière.
Le système 1 de régulation principale comprend une première voie 11 et une seconde voie.
Optionnellement, le système 1 de régulation principale est couplé à un système 4 de régulation auxiliaire.
La première voie 11 et la deuxième voie 12 comprennent, chacune, une unité de commande COM1, COM2 configurée pour d’une part calculer une consigne de position selon une première manière et d’autre part piloter ledit au moins un actionneur 21 selon cette consigne.
En particulier, lorsque la première voie 11 est la voie en contrôle alors le pilotage de l’actionneur 21 est effectué par l’unité de commande COM1 de la première voie 11. Dans ce cas, la deuxième voie 12 est en attente.
En cas de défaillance de la première voie 11, la deuxième voie en attente 12 devient la voie en contrôle. Dans ce cas, le pilotage de l’actionneur 21 est effectué par l’unité de commande COM2 de la deuxième voie 12, la première voie étant alors indisponible.
De manière complémentaire, le système 4 de régulation auxiliaire comprend aussi une unité de commande COM4 configurée pour d’une part calculer une consigne de position selon une première manière et d’autre part piloter ledit au moins un actionneur 21 selon ladite consigne.
Ainsi, au en cas de défaillance du système 1 de régulation principale, le système 4 de régulation auxiliaire permet de piloter l’actionneur 21.
Au niveau du système de régulation principale on prévoit sur l’une et/ou l’autre de la première voie 11 et de la deuxième voie 12 une unité de surveillance MON1, MON2 configurée pour uniquement calculer une consigne de position pour ledit au moins un actionneur selon une seconde manière, différente de la première manière calculée par l’unité de commande COM. En particulier, le calcul de la consigne par l’unité de surveillance MON1, MON2 est diversifié (aussi bien matériellement que fonctionnellement) par rapport à celui mis en œuvre par l’unité de commande COM1, COM2.
L’unité de surveillance MON1, MON2 permet également de vérifier que la consigne de position calculée par l’unité de commande COM1, COM2 de la voie en contrôle n’est pas erronée.
Si l’unité de surveillance MON2 est uniquement sur la deuxième voie en attente alors, elle compare la consigne de position calculée par l’unité de commande COM1 de la voie en contrôle.
Si l’unité de surveillance MON1, MON2 est sur la voie en contrôle alors elle compare la consigne de position calculée par l’unité de commande COM1, COM2 de la voie contrôlée.
Pour simplifier, on peut aussi désigner l’unité de surveillance comme calculant et surveillant la consigne de position issue de l’unité de commande de la voie en contrôle.
Également, le système 4 de régulation auxiliaire peut aussi comprendre une unité de surveillance MON4 pour surveiller la consigne de position calculée soit par l’unité de commande COM1, COM2 de l’une ou l’autre des première et deuxième voies 11, 12 lorsqu’elle est en contrôle. Également, l’unité de surveillance MON4 du système 4 de régulation auxiliaire peut surveiller la consigne de position calculée par l’unité de commande COM4.
Le système 3 de mesures transmet des informations issues de capteurs aux unités de commande COM1, COM2, COM4 et de surveillance MON1, MON2, MON4 du système 1 de régulation principale et, s’il existe, du système 4 de régulation auxiliaire.
Les ressources de mesures peuvent être communes (partagées) ou ségréguées (semblables ou diversifiées) et potentiellement séparées spatialement, entre les différentes unités de commande et de surveillance des systèmes 1 et 4 de régulation principale et auxiliaire.
Les actionneurs du système 1 de régulation principale et du système 4 de régulation auxiliaire peuvent être semblables ou diversifiés.
Pour chaque mode de réalisation présenté ci-après, les différentes voies (du système de régulation principale ou auxiliaire) sont donc configurées pour déterminer une ou plusieurs consignes de position (selon le nombre d’actionneurs). En outre, selon que la voie comprend en outre une unité de surveillance alors elle peut aussi vérifier si ladite ou lesdites consignes de position ne sont pas erronées.
Comme mentionné, lorsqu’une voie est en contrôle, la surveillance peut être faite localement au sein de la même voie ou déportée au sein d’une autre voie du même système ou déportée au sein d’une voie d’un autre système (celui du moteur opposé par exemple).
L’idée ici est que chaque voie ou une autre voie puisse de manière diversifiée vérifier la consigne calculée, chaque voie pouvant alors être configurée pour cela.
On notera qu’une consigne de position pour chaque actionneur est considérée erronée dès lors que l’unité de surveillance et l’unité de commande déterminent des consignes de position incohérentes (ou différentes) pour un ou plusieurs actionneurs, la voie de régulation principale correspondante étant alors considérée comme défaillante induisant une reconfiguration du système de régulation.
De manière avantageuse et afin d’améliorer la détection d’erreur, les unités de commande et de surveillance sont diversifiéesa minimasur la première voie du système de régulation principale. Cependant, sur la seconde voie en attente, la diversification est optionnelle (par exemple peut être requise en configuration de « dispatch »).
Ainsi, selon les cas, la seconde voie 12 est redondée et est configurée pour être en attente pour le contrôle si la première voie 11 en contrôle devient défaillante. En outre, la seconde voie 12 est configurée pour être en surveillance de la première voie en contrôle si elle-même ne comprend pas d’unité de surveillance, ou configurée pour être en surveillance d’elle-même quand elle devient en contrôle.
Selon un premier mode de réalisation(voirla ), le système de régulation comprend :
- un système 1 de régulation principale qui permet de piloter par une des deux voies 11 ou 12 le système 2 d’actionnement selon une consigne de position déterminée pour chaque actionneur selon les informations du système 3 de mesures. Ainsi, en cas de défaillance de la voie en contrôle (11 respectivement 12), c’est l’autre voie (12 respectivement 11) en attente qui prend le relais et devient à son tour la voie en contrôle.
- un système 2 d’actionnement d’au moins un actionneur 21 principal piloté soit par la première voie 11 ou par la seconde voie 12.
- un système 3 de mesures qui transmet des informations issues d’au moins un capteur 31 aux unités de commande COM et de surveillance MON du système 1 de régulation principale.
Comme présenté précédemment, l’une et/ou l’autre des première et deuxième voie 11, 12 peut comprend une unité de surveillance MON1, MON2.
Dans le cas où chaque voie 11, 12 comprend une unité de surveillance MON1, MON2 (comme visible sur la ) alors l’unité de commande COM1 et l’unité de surveillance MON1 de la première voie 11 sont diversifiées deux à deux par rapport aux unités de commande COM2 et de surveillance MON2 (qui est optionnelle si la voie 11 est toujours en contrôle au début du vol) de la seconde voie 12.
Selon un second mode de réalisation(voirla ), le système de régulation comprend outre les éléments du premier mode de réalisation un système 4 de régulation auxiliaire comprenant une voie 41 auxiliaire en attente et au moins un actionneur 22 auxiliaire inclus dans le système 2 d’actionnement.
Ainsi, selon ce second mode de réalisation, le système de régulation comprend :
- un système 1 de régulation principale dont les caractéristiques sont celles du premier mode de réalisation ;
- un système 2 d’actionnement, dont un ou des actionneurs principaux 21 (selon les besoins) sont pilotés soit par la première voie 11 ou la seconde voie 12 du système 1 de régulation principale, et un ou des actionneurs auxiliaires 22 (selon les besoins) pilotés par une voie 41 auxiliaire d’un système 4 de régulation auxiliaire ;
- un système 3 de mesures qui transmet des informations issues d’au moins un capteur 31 aux unités de commande COM1, COM2 et de surveillance MON1, MON2 du système 1 de régulation principale et à l’unité de commande COM1, COM2 et à l’unité de surveillance MON4 (optionnelle) du système 4 de la régulation auxiliaire ;
- un système 4 de régulation auxiliaire qui comprend une voie 41 auxiliaire configurée pour piloter un ou des actionneurs auxiliaires 22 en cas de défaillance des première et seconde voies du système 1 de régulation principale. Le système 4 de régulation auxiliaire est utilisé :
- soit en back-up (recueil en cas de panne du système 1 de régulation principale).
- soit lors des vols d’entraînement à la panne du système de régulation principale,
- soit, dans le cas où il possède les mêmes caractéristiques fonctionnelles que le système de régulation principale, comme un système principal dès le début du vol :
- en configuration « dispatch »,
- sur au moins un des moteurs en configuration multi-moteurs (diversification d’emploi).
On est ici dans le cas d’un système 1 de régulation principale de type commande/surveillance redondé pilotant au moins un actionneur principal 21 adjoint d’un système 4 de régulation auxiliaire pilotant au moins un actionneur auxiliaire 22.
De manière avantageuse, le système 1 de régulation principale et le système 4 de régulation auxiliaire sont diversifiés. Pour ce faire, au moins une des deux unités de commande COM1, COM2 et au moins une des deux unités de surveillance MON1, MON2 du système 1 de régulation principale sont diversifiées deux à deux aux unités de commande COM4 et de surveillance MON4 (optionnelle) du système 4 de régulation auxiliaire.
Selon un troisième mode de réalisation(voirla ), le système de régulation comprend :
- un système 1 de régulation principale qui permet de piloter par la voie 11 un ou des actionneurs principaux 21 du système 2 d’actionnement selon une consigne de position déterminée pour chaque actionneur selon les informations du système 3 de mesures ;
- un système 2 d’actionnement comprenant un ou des actionneurs principaux 21 pilotés par la voie 11 du système 1 de régulation principale et un ou des actionneurs auxiliaires 22 pilotés par la voie 41 du système 4 de régulation auxiliaire ;
- un système 3 de mesures qui transmet des informations issues d’au moins un capteur 31 aux unités de commande COM1 et de surveillance MON1 du système 1 de régulation principale et aux unités de commande COM4 et de surveillance MON4 (optionnelle) du système 4 de la régulation auxiliaire.
- un système 4 de régulation auxiliaire qui permet de piloter par la voie 41 un ou des actionneurs auxiliaires 22 du système 2 d’actionnement selon une consigne de position déterminée pour chaque actionneur selon les informations du système 3 de mesures. Le système 4 de régulation auxiliaire est utilisé :
- soit en back-up (recueil en cas de panne du système 1 de régulation principale) ;
- soit lors des vols d’entraînement à la panne du système de régulation principale ;
- soit, dans le cas où il possède les mêmes caractéristiques fonctionnelles que le système principal, comme un système principal dès le début du vol :
- en configuration « dispatch »,
- sur au moins un des moteurs en configuration multi-moteurs (diversification d’emploi).
On est ici dans le cas d’un système 1 de régulation principale de type commande/surveillance pilotant au moins un actionneur principal 21, redondé par un système 4 de régulation auxiliaire de type commande/surveillance (avec surveillance optionnelle) pilotant au moins un actionneur auxiliaire 22. Le système 1 de régulation principale ou le système 4 de régulation auxiliaire peut être en contrôle en nominal (sans panne), dès le début du vol, si le système 4 possède les mêmes caractéristiques fonctionnelles que le système 1 de régulation principale, ainsi qu’une unité de surveillance MON1. Dans le cas où c’est le système 4 qui est en contrôle dès le début du vol, c’est le système 1 qui est en attente.
De manière avantageuse, le système 1 de régulation principale et le système 4 de régulation auxiliaire sont diversifiés et les unités de commande COM1 et de surveillance MON1 du système 1 de régulation principale sont diversifiées deux à deux aux unités de commande COM4 et de surveillance MON4 (optionnelle) du système 4 de régulation auxiliaire.
Selon un quatrième mode de réalisation (voir la )le système de régulation comprend un système 1 de régulation principale qui permet de piloter par une voie 11 le système 2 d’actionnement selon une consigne de position déterminée pour chaque actionneur 21 selon les informations du système 3 de mesures. En particulier, la première voie 11 (en contrôle) comprend une première unité de commande COM1 et une deuxième unité de commande COM2.. Chacune des première et deuxième unités de commande COM1 et COM2 est configurée pour calculer la consigne de position et pour piloter le système 2 en cas de défaillance de l’autre unité de commande.
Selon ce mode de réalisation, ici une deuxième voie 12 comprend une première unité de surveillance MON1 et optionnellement une deuxième unité de surveillance MON2.
Dans le cas d’une seule unité de surveillance MON1, elle calcule et surveille la consigne de position issue de la première voie.
Dans le cas de deux unités de surveillance MON1, MON2 l’une prend le relais sur l’autre en cas de défaillance.
Également, un système 3 de mesures transmet des informations issues d’au moins un capteur 31 aux unités de commande COM1, COM2 et de surveillance MON1, MON2 du système 1 de régulation principale.
Selon ce mode de réalisation, la première voie 11 en contrôle comprend deux redondances uniquement d’unités de commande COM1, COM2 et la seconde voie 12 deux redondances uniquement d’unités de surveillance MON1, MON2, configurées pour que la voie en contrôle soit surveillée par l’autre voie, afin que chaque voie ne perde pas sa fonction en cas de défaillance tant que la surveillance ne déclare pas totalement en défaillance les deux unités de commande.
Selon un cinquième mode de réalisationdeux moteurs sont contrôlés par deux systèmes de régulation. Chacun des systèmes de régulation a les caractéristiques du premier, deuxième ou troisième mode de réalisation.
Chaque système de régulation hérite des propriétés de diversification au sein du système de régulation d’un moteur. De plus, le système de régulation en contrôle (principal ou éventuellement auxiliaire) d’un moteur et le système de régulation en contrôle (principal ou éventuellement auxiliaire) de l’autre moteur sont, similaires, partiellement dissimilaires ou totalement diversifiés. C’est la configuration des voies en contrôle et la stratégie de reconfiguration du système qui permettent d’être tolérant à l’erreur.
Puisque pour chaque moteur au moins deux voies sont diversifiées, plusieurs modes opératoires sont possibles au niveau de la configuration bimoteur, à tout instant (en configuration nominale ou après une accommodation de panne) :
- Mode Opératoire 1 : Diversifié en configuration nominale
Au début du vol, les deux moteurs sont contrôlés par deux voies diversifiées.
Une potentielle erreur sur la voie en contrôle d’un moteur ne peut pas se produire sur la voie diversifiée en contrôle de l’autre moteur. Il n’y a donc pas d’erreur commune qui affecterait simultanément les deux moteurs.
En cas de panne ou d’erreur détectée par le principe de COM/MON sur un moteur, reconfiguration vers la voie en attente du système de régulation (principale ou auxiliaire) qui contrôlera alors le moteur.
- Mode Opératoire 2 : Diversifié en reconfiguration
Au début du vol, les deux moteurs sont contrôlés par deux voies similaires.
Une potentielle erreur commune sur les deux voies en contrôle pourrait se produire, mais elle sera détectée par le principe d’unité de commande / unité de surveillance.
En cas de panne/erreur détectée, reconfiguration vers les deux voies en attente.
Principes de commandes/surveillances classique ou commandes/surveillances avec voteur
Pour des raisons de clarté on emploie simplement la dénomination COM ou MON pour chaque unité respectivement de commande et de surveillance précédemment décrite.
Pour chacun des quatre modes de réalisation ci-dessus décrits, la première voie 11 en contrôle du système 1 de régulation principale et optionnellement/potentiellement la seconde voie 12 en attente du système 1 de régulation principale et optionnellement (selon le mode de réalisation) la voie 41 auxiliaire en attente du système 4 de régulation auxiliaire comprennent une ou plusieurs unités de commande COM et une ou plusieurs unités de surveillance MON dans le but d’être tolérant à l’erreur.
Selon une première variante appelée « COM/MON classique » (voir la et la ), les unités de commande/surveillance de la voie en contrôle et potentiellement des voies en attente comprennent :
- une unité de commande COM réalisant :
- l’acquisition ACQ de mesures venant du système 3 de mesures ;
- l’élaboration CON de la consigne de position pour chaque actionneur selon une première manière ; et
- le pilotage PIL du ou des actionneurs du système 2 d’actionnement selon chaque consigne calculée ;
- une unité de surveillance MON réalisant :
- l’acquisition ACQ de mesures venant du système 3 de mesures ;
- l’élaboration CON de la consigne de position pour chaque actionneur à surveiller selon une seconde manière (on notera que tous les actionneurs ne sont pas nécessairement surveillés via le principe du COM/MON suivant le besoin d’intégrité attendue de la commande considérée) ;
- la comparaison COMP des consignes de position déterminées selon les première et seconde manières pour chaque actionneur à surveiller ;
- l’autorisation AUT de pilotage des actionneurs.
De la sorte, le système 2 d’actionnement est piloté pour chaque actionneur selon la consigne de position de l’unité de commande COM, si et seulement si, les consignes calculées selon les deux manières différentes (d’une manière par l’unité de commande COM et d’une autre manière par l’unité de surveillance MON) sont cohérentes.
En revanche, si les consignes calculées sont incohérentes (voies en désaccord), le système se reconfigure automatiquement par basculement vers la seconde voie 12 du système 1 de régulation principale ou vers la voie 41 du système 4 de régulation auxiliaire.
Lorsqu’une voie est en contrôle, la surveillance peut être faite localement au sein de la même voie ( ) ou déportée au sein d’une autre voie de régulation du même moteur ( ).
L’affectation dans l’unité de surveillance MON des fonctions de comparaison COMP et d’autorisation AUT est illustrée à titre d’exemple sur les figures 4A et 4B, mais elle pourrait être réalisée dans une autre unité (interne ou externe du système de régulation).
Pour que le système de régulation soit tolérant à l’erreur, une ou plusieurs diversifications entre les unités de commande COM et les unités de surveillance MON sont possibles. De préférence les unités de commande COM sont diversifiées des unités de surveillance MON, ce qui est requis pour la voie en contrôle en configuration nominale.
De même, l’unité de commande COM de la voie en contrôle du système 1 de régulation principale est de préférence diversifiée par rapport à l’unité de commande COM de la voie en attente du système 1 de régulation principale pour le premier mode de réalisation et de l’unité de commande COM du système 4 de régulation auxiliaire pour les deuxième et troisième modes de réalisation.
De manière complémentaire, l’unité de surveillance MON de la voie en contrôle est diversifiée par rapport à l’unité de surveillance MON de la voie en attente (si la voie en attente possède une surveillance MON).
Selon le niveau de tolérance à l’erreur visé, y compris pour les configurations de vol en «dispatch» le besoin de diversification peut être plus ou moins important.
Selon une seconde variante (voirles figures 5A, 5B, 5C et 5D), les unités de commande/surveillance COM/MON avec voteur des voies en contrôle et optionnellement/potentiellement en attente comprennent :
- trois sous unités de commande triplex (COMA, COMB, COMC) chacune réalisant :
- l’acquisition ACQ de mesures venant du système 3 de mesures ;
- l’élaboration CON de la consigne de position selon une certaine manière ; et
- au moins une sous unité de commande COMA, COMB, COMC par voie réalise le pilotage PIL des actionneurs du système 2 selon la consigne sélectionnée ;
- une unité de surveillance MON Voteur réalisant :
- la comparaison COMP 3 COM des trois consignes de position déterminées par les sous unités de commandes (COMA, COMB, COMC) ;
- la sélection SEL COM de la sous unité de commande COMA ou COMB ou COMC autorisée à commander les actionneurs du système 2.
Les affectations de pilotage PIL dans une des sous unités de commande (COMA ou COMB ou COMC) et des fonctions de comparaison COMP 3 COM et de sélection SEL COM dans l’unité de surveillance MON Voteur sont données à titre d’exemple, elles peuvent être réalisées d’une autre manière :
- la fonction de comparaison COMP 3 COM de l’unité de surveillance MON Voteur peut comparer soit les consignes (après la fonction d’élaboration des consignes soit les ordres de puissance (après la fonction piloter). Dans ce dernier cas, chaque sous unité de commande COMA, COMB, COMC doit avoir une fonction piloter.
Dans le cas où l’unité de surveillance MON est avant la fonction piloter PIL, c’est un autre système qui surveillera la fonction piloter PIL via une boucle externe de retour de position du ou des actionneurs.
Les affectations des sous unités de commande COMA, COMB, COMC et de surveillance (MON Voteur) sont données à titre d’exemple, elles peuvent être réparties de différentes manières :
- un dispositif COM/MON Voteur uniquement sur la voie en contrôle (
- un dispositif COM/MON Voteur réparti sur deux voies, par exemple (
- COMA, COMC et MON Voteur sur la voie en contrôle,
- COMB sur la voie en attente ;
- deux dispositifs COM/MON Voteur partiellement dupliqués sur deux voies, par exemple (
- COMA, COMC et MON Voteur sur la voie en contrôle,
- COMB, COMC et MON Voteur sur la voie en attente ;
- deux dispositifs COM/MON Voteur totalement dupliqués sur deux voies, par exemple (
- COMA, COMB, COMC et MON Voteur sur la voie en contrôle,
- COMA, COMB, COMC et MON Voteur sur la voie en attente.
Comme pour la première variante, pour que le système de surveillance MON Voteur détecte une erreur, au moins une des trois sous unités de commande (COMA, COMB, COMC) doit être diversifiées par rapport aux deux autres. Cependant, cette solution ne permet pas d’isoler l’erreur et oblige à commuter vers le système auxiliaire. Pour isoler l’erreur, les trois sous unités de commande COMA, COMB, COMC devront être diversifiées.
Dans ce cas, la régulation principale continue de réguler avec une consigne selon la stratégie adoptée.
De plus, l’unité de surveillance MON Voteur de la voie en contrôle doit être diversifiée par rapport aux trois sous unités de commande COMA, COMB, COMC actives.
De manière complémentaire, les unités de surveillance MON Voteur de plusieurs voies peuvent être diversifiées entre elles (selon les besoins de couverture de l’erreur).
Dans le cas des applications avec plus de deux moteurs, la répartition de la diversification des moteurs entre eux tiendra compte de l’impact sur la pilotabilité de l’aéronef.
Claims (9)
- Système de régulation et de surveillance d’un moteur d’aéronef, comprenant un système (1) de régulation principale configuré pour commander un système (2) d’actionnement comprenant au moins un actionneur (21), le système de régulation principale comprenant
- une première voie (11) comprenant une unité de commande (COM1) configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur en fonction des informations de mesures issues d’un système (3) de mesures,
- une seconde voie (12) comprenant une unité de commande (COM2) configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur en fonction des informations de mesures issues du système (3) de mesures,
l’une ou l’autre des première et deuxième voies (11, 12) étant en contrôle de manière à commander le système (2) d’actionnement selon la consigne de position calculée par l’unité de commande (COM1, COM2) de la voie en contrôle ; l’autre voie étant en attente ;
l’une et/ou l’autre des première et deuxième voies (11, 12) comprenant
- une unité de surveillance (MON1, MON2) configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur, l’unité de surveillance (MON1, MON2) étant diversifiée par rapport à l’unité de commande (COM) de la voie en contrôle, en ce qu’elle est calculée d’une manière différente de la consigne calculée par l’unité de commande (COM1, COM2) de la voie en contrôle, l’unité de surveillance (MON1, MON2) étant configurée pour comparer (COMP) la consigne de position de l’unité de commande de la voie en contrôle avec la consigne de position de l’unité de surveillance (MON) afin de vérifier que la consigne de position calculée par la voie en contrôle (11, 12) pour chaque actionneur n’est pas erronée, l’une des première ou deuxième voies (11, 12) étant en attente en ce qu’elle est configurée pour être en contrôle lorsque la consigne de position calculée par la voie en contrôle (11, 12) est erronée. - Système de régulation et de surveillance d’un moteur d’aéronef, comprenant un système (1) de régulation principale configuré pour commander un système (2) d’actionnement comprenant au moins un actionneur (21), le système de régulation principale comprenant
- une première voie (11) comprenant une première unité de commande (COM1) et une deuxième unité de commande (COM2), chacune configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur en fonction des informations de mesures issues d’un système (3) de mesures, la première ou la deuxième unité de commande (COM1, COM2) calculant la consigne de position en cas de défaillance de l’autre unité de commande (COM1, COM2) ; la première voie (11) étant en contrôle de manière à commander le système (2) d’actionnement selon la consigne de position calculée par la première ou la deuxième unité de commande (COM1, COM2) ;
- une deuxième voie (12), en attente, comprenant au moins une unité de surveillance (MON1) configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur, l’unité de surveillance (MON1) étant diversifiée par rapport à l’unité de commande (COM1, COM2) de la première voie (11) en contrôle, en ce que la consigne calculée par l’unité de surveillance (MON1) est calculée d’une manière différente de la consigne calculée par la première ou la deuxième unité de commande (COM1, COM2) de la première voie (11), l’unité de surveillance (MON1) étant configurée pour comparer (COMP) la consigne de position de la première voie avec la consigne de position calculée par l’unité de surveillance (MON1) afin de vérifier que la consigne de position calculée au niveau de la première voie (11) pour chaque actionneur n’est pas erronée, la deuxième voies (12) étant en attente en ce qu’elle est configurée pour être en contrôle lorsque la consigne de position calculée par la voie en contrôle (11) est erronée. - Système de régulation et de surveillance selon la revendication 2, dans lequel la deuxième voie (12) comprend deux unités de surveillance (MON1, MON2), une première unité de surveillance (MON1) et une deuxième unité de surveillance (MON2), la première ou la deuxième unité de surveillance (MON1, MON2) calculant et surveillant la consigne de position de la première voie (11) en cas de défaillance de l’autre unité de surveillance (MON1, MON2).
- Système de régulation et de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un système (4) de régulation auxiliaire, le système (2) d’actionnement comprenant en outre au moins un actionneur auxiliaire (22), le système (4) de régulation auxiliaire comprenant une voie auxiliaire (41) configurée pour piloter ledit au moins un actionneur (22) auxiliaire en cas de défaillance d du système (1) de régulation principale, soit dès le début du vol de l’aéronef, soit lors d’entraînement à la panne du système (1) de régulation principale.
- Système de régulation et de surveillance selon la revendication précédente, dans lequel la voie auxiliaire (41) comprend
- une unité de commande (COM4) configurée pour calculer une consigne de position pour l’au moins un actionneur (22) et commander le système (2) d’actionnement selon la consigne de position calculée par l’unité de commande (COM4) ; et/ou
- une unité de surveillance (MON4) configurée pour calculer et surveiller la consigne de position calculée par l’unité de commande de la voie en contrôle. - Système de régulation et de surveillance selon quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de commande (COM1, COM2, COM4) de la première voie (11) et/ou la seconde voie (12) et/ou la voie (41) auxiliaire comprend :
- trois sous unités de commande (COMA, COMB, COMC) chacune configurée pour calculer une consigne de position ;
- une unité de surveillance (MON Voteur) configurée pour détecter si au moins une des consignes de position calculées est erronée, la voie correspondante étant alors considérée en écart ; une des trois consignes de position calculées étant considérée en écart si elle est supérieure à un seuil, ledit seuil étant de préférence défini pour chaque actionneur. - Système de régulation et de surveillance selon la revendication précédente, dans lequel :
- au moins une des trois sous unités de commande (COMA, COMB, COMC) est diversifiée par rapport aux deux autres ;
- l’unité de surveillance (MON Voteur) est diversifiée par rapport aux trois unités de commande (COMA, COMB, COMC). - Système de régulation et de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la voie en contrôle est diversifiée par rapport à au moins une des autres voies en attente qui a les propriétés suivantes :
- l’unité de commande (COM) est diversifiée des unités de commande et de surveillance (COM, MON) de la voie en contrôle ;
- l’unité de surveillance optionnelle (MON) est diversifiée des unités de commande et de surveillance (COM et MON) de la voie en contrôle. - Ensemble bimoteur comprenant deux systèmes de régulation et de surveillance selon l’une quelconque des revendications précédentes, les moteurs étant contrôlés :
- soit par deux voies diversifiées au début du vol en cas de panne/erreur détectée sur un système, celui-ci pouvant être reconfiguré sur une voie en attente similaire à celle en contrôle de l’autre moteur ;
- soit par deux voies similaires au début du vol en cas de panne/erreur détectée sur un ou les deux systèmes, ceux-ci pouvant être reconfigurés sur des voies en attente diversifiées de celles précédemment en contrôle.
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| FR2200037A FR3131643B1 (fr) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | Système de régulation et de surveillance d’un moteur d’aéronef |
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Citations (1)
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| US20190079826A1 (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-14 | Bae Systems Controls Inc. | Use of multicore processor to mitigate common mode computing faults |
-
2022
- 2022-01-04 FR FR2200037A patent/FR3131643B1/fr active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190079826A1 (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-14 | Bae Systems Controls Inc. | Use of multicore processor to mitigate common mode computing faults |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M. SGHAIRI ET AL: "Challenges in Building Fault -Tolerant Flight Control System for a Civil Aircraft", IAENG INTERNATIONAL JOURNAL OF COMPUTER SCIENCE, 20 November 2008 (2008-11-20), pages 495 - 499, XP055106403, Retrieved from the Internet <URL:http://www.iaeng.org/IJCS/issues_v35/issue_4/IJCS_35_4_07.pdf> * |
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