FR3142050A1 - Procédé de détection d’un impact de foudre par incohérence de gradient de mesure - Google Patents

Procédé de détection d’un impact de foudre par incohérence de gradient de mesure Download PDF

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Abstract

Procédé de détection d’un impact de foudre par incohérence de gradient de mesure Procédé (100) de détection d’un impact de foudre sur des mesures électriques d’un système de régulation d’un moteur d’aéronef comprenant : - la détermination (101) d’au moins une évolution cible de (N-1) gradients entre deux mesures électriques consécutives d’un ensemble de N mesures électriques consécutives, N étant un entier supérieur ou égal à 3 et un gradient étant positif si la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est supérieure à – ε, négatif si la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est inférieure à + ε ou nul si la différence entre les deux mesures (i) et (i-1) est comprise entre – ε et + ε, i étant un entier compris entre 2 et N, et ε étant fonction du bruit et de la précision desdites mesures; - la comparaison (102) de la variation des (N-1) gradients de N mesures électriques consécutives aux évolutions cibles et la détection (103) d’un impact de foudre sur l’une des N mesures si la variation des (N-1) gradients ne correspond pas à une des évolutions cibles. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de détection d’un impact de foudre par incohérence de gradient de mesure
La présente invention se rapporte au domaine général de la détection d’un impact de foudre, et plus particulièrement de la détection par le système de régulation du moteur d’un aéronef d’un impact de foudre.
Les moteurs d’avion sont soumis à un environnement de foudre sévère et notamment à des impacts de foudre. En cas d’impact de foudre sur un avion, les mesures électriques faites sur les capteurs du moteur ou de l’avion peuvent être perturbées pour une courte durée. Ces perturbations peuvent néanmoins affecter la régulation du moteur et donc influencer la poussée du moteur.
Il est donc souhaitable de disposer d’un procédé de détection d’un impact de foudre permettant d’accommoder ces impacts et de réduire les perturbations sur la poussée du moteur, afin d’améliorer la robustesse du système de régulation du moteur de l’avion face à ces impacts.
L’invention concerne un procédé de détection d’un impact de foudre sur des mesures électriques d’un système de régulation d’un moteur d’aéronef comprenant :
  • la détermination d’au moins une évolution cible de (N-1) gradients entre deux mesures électriques consécutives d’un ensemble de N mesures électriques consécutives, N étant un entier supérieur ou égal à 3 et un gradient étant positif si la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est supérieure à -ε, négatif si la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est inférieure à +ε ou nul si la différence entre les deux mesures (i) et (i-1) est comprise entre -ε et +ε, i étant un entier compris entre 2 et N, et ε étant fonction du bruit et de la précision desdites mesures ;
  • la comparaison de la variation des (N-1) gradients de N mesures électriques consécutives aux évolutions cibles et la détection d’un impact de foudre sur une des N mesures si la variation des (N-1) gradients ne correspond pas à une des évolutions cibles.
Le procédé de l’invention permet ainsi de détecter les impacts de foudre. De plus, grâce à la définition des évolutions cibles, il permet de détecter les impacts de foudre qui peuvent perturber le système et de ne pas prendre en compte la mesure touchée par l’impact de foudre afin de réduire les perturbations sur la poussée.
Par ailleurs, comme la détection est faite par le système de régulation, elle ne nécessite pas la présence d’un capteur spécifique et permet donc de limiter l’encombrement du moteur dans l’avion.
Les N mesures électriques peuvent comprendre du bruit, ainsi quand on définit qu’un gradient est positif, cela signifie que la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est supérieure à -ε, avec ε fonction du bruit et de la précision de la mesure. De la même manière, un gradient négatif signifie que la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est inférieure à +ε ; et un gradient nul signifie que la différence entre les deux mesures (i) et (i-1) est comprise entre -ε et +ε. La mesure ε peut aussi être appelée seuil de détection de gradient.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, le procédé comprend la suppression de la mesure dont on a détecté un impact de foudre.
Cela permet au système de ne pas prendre en compte les mesures touchées par l’impact de foudre afin que ces mesures ne perturbent pas la poussée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend la suppression des N mesures si on a détecté un impact de foudre sur l’une des N mesures.
Ainsi, dès qu’un impact de foudre est détecté sur une des N mesures, on invalide et supprime les N mesures.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend la fourniture de la (i-1)-ème mesure au système de régulation du moteur d’aéronef si on a détecté un impact de foudre sur la i-ème mesure parmi les N mesures, avec i compris entre 2 et N.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système de régulation du moteur d’aéronef comprend un filtre à X entrées, X étant un entier strictement inférieur à N, et le procédé comprend la fourniture au filtre du système de régulation de X mesures, parmi les N mesures, dont on n’a pas détecté d’impact de foudre.
Ainsi, seules les mesures non touchées par un impact de foudre sont fournies au filtre.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, N est égal à 4.
Un autre objet de l’invention est un système de régulation d’un moteur d’aéronef comprenant :
  • un capteur configuré pour mesurer une grandeur électrique ;
  • un convertisseur analogique-numérique configuré pour convertir la mesure du capteur en signal numérique, et
  • un circuit numérique programmable configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention sur les mesures converties par le convertisseur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le système de régulation comprend également un filtre placé en parallèle du circuit numérique programmable et configuré pour réduire le bruit et améliorer la précision et la résolution du signal numérique issu du convertisseur.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le système de régulation comprend également un filtre placé en sortie du circuit numérique programmable et configuré pour réduire le bruit et améliorer la précision et la résolution des mesures fournies par le circuit numérique programmable.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.
La représente, de manière schématique, un ordinogramme du procédé de détection selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente un exemple de mise en œuvre du procédé de l’invention pour N = 3, et plus particulièrement, les variations possibles des deux gradients des trois mesures consécutives.
La représente un exemple de mise en œuvre du procédé de l’invention pour N = 4, et plus particulièrement, les variations possibles des trois gradients des quatre mesures consécutives.
La représente, de manière schématique et partielle, un système de régulation d’un moteur d’aéronef selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente, de manière schématique et partielle, un système de régulation d’un moteur d’aéronef selon un autre mode de réalisation de l’invention.
La représente de manière schématique un ordinogramme du procédé de détection 100 d’un impact de foudre sur des mesures électriques d’un système de régulation d’un moteur d’aéronef selon un mode de réalisation de l’invention.
Le procédé de détection 100 comprend la détermination 101 d’au moins une évolution cible de (N-1) gradients entre deux mesures électriques consécutives d’un ensemble de N mesures électriques consécutives. N est un entier supérieur ou égal à 3 et les gradients peuvent être positifs, négatifs ou nuls. Ainsi, un gradient est dit positif si la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est supérieure à -ε, i étant un entier compris entre 2 et N et ε étant établi en fonction du bruit et de la précision de la mesure. De la même manière, un gradient est dit négatif lorsque la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est inférieure à +ε. Quant au gradient nul, celui-ci signifie que la différence entre les deux mesures (i) et (i-1) est comprise entre –ε et +ε. La mesure ε peut aussi être appelée seuil de détection de gradient.
Le seuil de détection ε, qui est fonction du bruit et de la précision des mesures, représente donc la marge d’erreur des mesures. Le seuil de détection ε dépend notamment du type de mesure ainsi que des composants mettant en œuvre le procédé 100.
La détermination 101 de ces évolutions cibles permet de caractériser l’effet de la foudre sur les mesures électriques en entrée du système de régulation du moteur d’aéronef, de déterminer quelle est la mesure parmi les N mesures touchée par la foudre et de déterminer par la suite si la mesure touchée par la foudre est à prendre en compte ou non par le système de régulation.
L’effet de la foudre sur les mesures dépend notamment des éléments suivants :
  • la forme d’onde et la séquence de répétition de la foudre : la norme DO-160 définit par exemple toutes les formes d’ondes et les séquences de répétition qui peuvent être applicables pour tester la résistance d’un système à un impact de foudre ;
  • le sens d’injection de la foudre : les formes d’ondes de l’impact de foudre peuvent être injectées en positif ou négatif. Ainsi, suivant les protections contre la foudre mises en place au niveau du système de régulation, l’effet de la foudre sur les mesures électriques peut être différent en fonction du sens d’injection de la foudre ;
  • l’instant d’injection : les interfaces de mesure électrique du système de régulation peuvent avoir différents procédés de mesure, et les impacts de foudre sont en général très courts. La relation entre le début de l’impact de foudre et le début de la mesure de l’interface associée est donc importante dans l’estimation de l’effet de la foudre sur cette mesure ; et
la valeur de la mesure au moment de l’impact de foudre : la valeur mesurée par l’interface de mesure au moment de l’impact de foudre peut avoir une influence sur l’effet de la foudre. Il faut donc tester différentes valeurs de la plage de validité de la mesure pour correctement caractériser l’effet de la foudre sur cette interface.
En étudiant ces effets, on peut prédire l’influence de la foudre sur les mesures électriques utilisées par le système de régulation du moteur. Grâce à cela, on détermine les évolutions des gradients entre plusieurs mesures consécutives pour savoir si une mesure a subi un impact de foudre et si elle doit être prise en compte par le système de régulation.
Des exemples d’évolution des gradients entre trois et quatre mesures sont détaillés en référence aux figures 2A et 2B. Ces exemples ne montrent pas les évolutions cibles déterminées à l’étape 101, mais uniquement toutes les évolutions possibles des gradients pour un ensemble de trois ou quatre mesures électriques consécutives.
Le procédé 100 comprend ensuite la comparaison 102 entre les évolutions cibles déterminées à l’étape 101 et la variation de (N-1) gradients de N mesures électriques consécutives.
Si la variation des (N-1) gradients correspond à une des évolutions cibles déterminées, alors on considère qu’aucune des N mesures n’a été touchée par la foudre, et donc aucun impact de foudre n’est détecté (étape 104).
Si la variation des (N-1) gradients ne correspond à aucune des évolutions cibles déterminées, alors on considère qu’une des N mesures a été touchée par la foudre et donc un impact de foudre est détecté (étape 103).
Dans ce cas, la mesure touchée par la foudre est invalidée et donc supprimée (étape 105). Cela signifie que le système de régulation du moteur d’aéronef ne prendra pas en compte cette mesure pour déterminer la poussée du moteur.
En fonction de la signature d’évolution des gradients, il est possible de détecter la mesure touchée par la foudre. Une telle identification fait généralement suite à des essais empiriques.
A titre d’exemple, l’exemple d’évolution de gradients 26b indique un gradient positif entre la première mesure et la deuxième mesure puis un gradient négatif entre la deuxième mesure et la troisième mesure. Il existe donc, selon lesdits essais, une perturbation associée à la deuxième mesure.
Suite à la suppression 105 de la mesure touchée par la foudre, le procédé peut comprendre l’une des étapes suivantes :
  • étape 106 : les N-1 autres mesures parmi les N mesures sont également invalidées et supprimées, ainsi le système de régulation ne prendra en compte aucune des N mesures ; ou
  • étape 107 : si la mesure touchée par la foudre n’est pas la première des N mesures, alors le procédé 100 fournit la mesure précédente au système de régulation, cette mesure précédente étant une mesure non touchée par la foudre. Ainsi, le système de régulation prendra en compte la dernière mesure valide, c’est-à-dire non touchée par la foudre, parmi les N mesures si un impact de foudre est détecté parmi les N mesures. Si jamais, la mesure touchée par la foudre est la première des N mesures, dans ce cas, le procédé ne fournit aucune mesure au système de régulation, ce qui revient à appliquer l’étape 106 du procédé 100 ; ou
  • étape 108 : le procédé, donc le système de régulation, ne fournit que X mesures (X étant un entier strictement inférieur à N) non touchées par la foudre au système de régulation, et plus particulièrement il fournit ces X mesures à un filtre comprenant X entrées présent dans le système de régulation. Par exemple, le système a effectué N mesures comme expliqué pour l’étape 107, et il a détecté plusieurs mesures touchées par la foudre mais au moins X mesures, parmi ces N mesures, n’ont pas été touchées par la foudre, alors le procédé fournira ces X mesures au filtre. Si jamais, il y a moins de X mesures touchées par la foudre, alors le procédé appliquera l’étape 106 ou 107.
Les figures 2A et 2B représentent des exemples de mise en œuvre du procédé 100 pour N = 3 ( ) et N = 4 ( ), et plus particulièrement les variations possibles pour les deux gradients des trois mesures consécutives, et les variations possibles pour les trois gradients des quatre mesures consécutives.
Comme indiqué précédemment, un gradient peut être positif, négatif ou nul. Ainsi, sur les figures 2A et 2B, un gradient positif entre deux mesures est représenté par une flèche montante, un gradient négatif entre deux mesures est représenté par une flèche descendante et un gradient nul entre deux mesures est représenté par une flèche plate. Par exemple, sur la , la première variation 1b représente trois gradients nuls, la deuxième variation 2b trois gradients positifs ou la seizième variation 16b l’enchaînement de deux gradients positifs puis d’un gradient négatif.
Pour le cas de trois mesures consécutives, les évolutions cibles sont donc déterminées et choisies parmi les neuf variations possibles de la (étape 101 du procédé 100). Puis lors de l’étape 102 du procédé 100, on compare les variations des trois mesures électriques consécutives du système de régulation du moteur aux évolutions cibles.
Pour le cas de quatre mesures consécutives, les évolutions cibles sont choisies parmi les 27 variations possibles de la . Puis lors de l’étape 102 du procédé 100, on compare les variations des quatre mesures électriques consécutives du système de régulation du moteur aux évolutions cibles choisies.
Plus généralement, il y a 3N-1variations possibles pour N mesures consécutives, et les évolutions cibles sont déterminées parmi ces 3N-1variations.
La représente, de manière schématique et partielle, un système de régulation 300 d’un moteur d’aéronef selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Le système de régulation 300 comprend un capteur 301 configuré pour mesurer une grandeur électrique relié à un convertisseur analogique-numérique 302 qui permet de convertir la mesure du capteur en signal numérique, la mesure de la grandeur électrique étant fournie au convertisseur 302 sous forme d’un signal électrique analogique.
Le système 300 comprend également un filtre 303 et un circuit numérique programmable 306 connectés en parallèle et placés à la sortie du convertisseur 302. Le filtre 303 est configuré pour réduire le bruit et améliorer la précision et la résolution du signal numérique issu du convertisseur 302. Le circuit numérique programmable 306 est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention. Les éléments 304 et 305 de la font partie du convertisseur numérique programmable 306 et permettent de mettre en œuvre le procédé.
Ainsi, le convertisseur 302 fournit les N mesures converties au filtre 303 et au circuit numérique programmable 306. Le filtre 303 fournit ainsi à sa sortie les N mesures filtrées, tandis que le circuit numérique programmable 306 détecte d’abord (élément 304) les mesures valides parmi les N mesures (si un impact de foudre a été détecté par le circuit numérique programmable, il est également possible que le circuit ne fournisse aucune mesure à sa sortie conformément au procédé de l’invention), puis il les combine aux mesures fournies par le filtre 303 pour fournir à sa sortie (en sortie de l’élément 305) les mesures valides et filtrées qui seront prises en compte par le système de régulation 300 pour déterminer la poussée du moteur.
Le filtre 303 peut être un élément externe ou interne du circuit numérique programmable 306. Dans ce premier mode de réalisation, il est externe au circuit numérique programmable 306.
Le filtre 303 fournit dans ce mode de réalisation N mesures filtrées, mais il peut à la place ne fournir qu’une seule mesure filtrée parmi les N mesures fournies par le convertisseur 302.
La représente, de manière schématique et partielle, un système de régulation d’un moteur d’aéronef selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Le système de régulation 400 comprend un capteur 401 configuré pour mesurer une grandeur électrique relié à un convertisseur analogique-numérique 402 qui permet de convertir la mesure du capteur en signal numérique, la mesure de la grandeur électrique étant fournie au convertisseur 402 sous forme d’un signal électrique analogique.
Le système 400 comprend également un circuit numérique programmable 304 relié au convertisseur 402 et un filtre 403 relié à la sortie du circuit numérique programmable 404. Le circuit numérique programmable 404 est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention et donc sélectionner des mesures valides parmi les N mesures converties et fournies par le convertisseur 402, N étant un entier supérieur ou égal à 2. Le filtre 403 comprend X entrées avec X un entier inférieur à N, et il est configuré pour réduire le bruit et améliorer la précision et la résolution des mesures valides sélectionnées par le circuit numérique programmable 404. Les mesures fournies en sortie du filtre 403 sont donc les mesures valides et filtrées prises en compte par le système de régulation 400 pour déterminer la poussée du moteur.
Quel que soit le mode de réalisation, la grandeur physique mesurée par le capteur 301, 401 peut être un courant électrique, une tension électrique, une résistance électrique, un temps ou une fréquence.
Quel que soit le mode de réalisation, le circuit numérique programmable peut être un circuit électronique logique câblé, ou un microcontrôleur, ou encore un circuit logique programmable (FPGA, « Field-programmable Gate Array » en anglais).

Claims (10)

  1. Procédé (100) de détection d’un impact de foudre sur des mesures électriques d’un système de régulation (300, 400) d’un moteur d’aéronef comprenant :
    • la détermination (101) d’au moins une évolution cible de (N-1) gradients entre deux mesures électriques consécutives d’un ensemble de N mesures électriques consécutives, N étant un entier supérieur ou égal à 3 et un gradient étant positif si la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est supérieure à -ε, négatif si la différence entre la mesure (i) et la mesure (i-1) est inférieure à +ε ou nul si la différence entre les deux mesures (i) et (i-1) est comprise entre –ε et +ε, i étant un entier compris entre 2 et N, ε étant fonction du bruit et de la précision desdites mesures ;
    • la comparaison (102) de la variation des (N-1) gradients de N mesures électriques consécutives aux évolutions cibles et la détection (103) d’un impact de foudre sur une des N mesures si la variation des (N-1) gradients ne correspond pas à une des évolutions cibles.
  2. Procédé de détection selon la revendication 1, comprenant la suppression (105) de la mesure dont on a détecté un impact de foudre.
  3. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant la suppression (106) des N mesures si on a détecté un impact de foudre sur l’une des N mesures.
  4. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant la fourniture de la (i-1)-ème mesure au système de régulation du moteur d’aéronef si on a détecté un impact de foudre sur la i-ème mesure parmi les N mesures, avec i compris entre 2 et N.
  5. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le système de régulation du moteur d’aéronef comprend un filtre à X entrées, X étant un entier strictement inférieur à N, et le procédé comprend la fourniture (108) au filtre du système de régulation de X mesures, parmi les N mesures, dont on n’a pas détecté d’impact de foudre.
  6. Procédé de détection selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel N est égal à 4.
  7. Système de régulation (300, 400) d’un moteur d’aéronef comprenant :
    • un capteur (301, 401) configuré pour mesurer une grandeur électrique ;
    • un convertisseur (302, 402) analogique-numérique configuré pour convertir la mesure du capteur en signal numérique ; et
    • un circuit numérique programmable (304, 404) configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 sur les mesures converties par le convertisseur.
  8. Système de régulation (300) selon la revendication 7, comprenant également un filtre (303) placé en parallèle du circuit numérique programmable (304) et configuré pour réduire le bruit et améliorer la précision et la résolution du signal numérique issu du convertisseur.
  9. Système de régulation (400) selon la revendication 7, comprenant également un filtre (403) placé en sortie du circuit numérique programmable (404) et configuré pour réduire le bruit et améliorer la précision et la résolution des mesures fournies par le circuit numérique programmable.
  10. Moteur d’aéronef comprenant un système de régulation (400) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9.
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