WO2007057599A1 - Systeme de detection et de localisation d'eau dans une structure sandwich d'aeronef - Google Patents

Systeme de detection et de localisation d'eau dans une structure sandwich d'aeronef Download PDF

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WO2007057599A1
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WO
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water
sandwich structure
sandwich
microwaves
microwave
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/051158
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English (en)
Inventor
Fernando Manuel Ferreira Dos Santos
Jean-Louis Arnaud
Original Assignee
Airbus France
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Publication date
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Priority to CA2627526A priority patent/CA2627526C/fr
Priority to US12/093,212 priority patent/US8294104B2/en
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws

Definitions

  • the invention relates to a system for detecting and locating the presence of water in aircraft box structures and, in particular, in composite sandwich structures.
  • the invention has applications in the field of aeronautics and, in particular, in the field of maintenance with non-destructive testing of aircraft structures.
  • the invention applies more particularly to so-called boxed structures, that is to say to closed structures made of composite materials with an outer carbon envelope and an inner honeycomb layer.
  • boxed structures that is to say to closed structures made of composite materials with an outer carbon envelope and an inner honeycomb layer.
  • STATE OF THE ART In the field of aeronautics and, in particular, the maintenance of aircraft in service, it is important to detect the presence of water in the structures of the aircraft. Indeed, water may be present in certain parts in the aircraft, particularly in parts made of sandwich type composite materials.
  • a sandwich type material has a honeycomb structure forming an inner layer.
  • the honeycomb structure may be a cardboard honeycomb layer, such as Nomex®, or honeycomb fiberglass or foam.
  • the skins can be made of impermeable material. They can be shaped to meet on the edge of the room, forming an envelope around the honeycomb structure. The pieces thus formed are called box structures.
  • the landing gear hatches, the elevators, the radomes or the elevators are parts that are frequently made of composite sandwich.
  • the presence of water in sandwich structures is generally detected using an external source of heat.
  • This conventional detection technique consists in heating the water present inside the sandwich structure by means of an external heat source.
  • This heat source may be an oven or a heating blanket, that is to say a blanket through which a resistance to heat the entire surface covered by said blanket.
  • the heating of the water causes either a deformation of the structure or an increase in the temperature of the surface of the structure.
  • the maintenance personnel deduce the presence of water in said structure using either an interferometer (shearography system) or a camera sensitive to infrared radiation.
  • Detection of a deformation of the sandwich structure is performed by a holographic interferometry method.
  • Holographic interferometry is a method of localization based on the use of two superimposed holographic images, which reveal the parts of a room where the constraints are manifested.
  • holographic interferometry consists of making two holographic images, that is to say two images in relief, which are superimposed to show the differences between the two images. These differences correspond to the deformation of the sandwich structure. It is deduced that at the location of the deformation, there is water in the intermediate layer of the sandwich structure.
  • the increase of the temperature of the surface of the structure is detected by means of a thermal camera or an infrared camera whose particularity is to highlight, in an image, the zones of the surface of the structure where the temperature is different. At the location of these areas, there is water in the intermediate layer of the sandwich structure.
  • this technique requires heating the entire structure to be inspected in order to heat the water possibly infiltrated into the intermediate layer of said structure.
  • some structural defects in the structure such as excess resin or adhesive, have the same thermal signature as a honeycomb cell in which there is water. Thus, under the effect of heat, these defects have the same visual representation, on the images acquired by the camera, that water infiltrations. This technique therefore allows no discrimination of defects.
  • the presence of excess resin or adhesive is detected as the presence of water in a cell. Maintenance personnel then make repairs that are not necessary.
  • the fact of heating the entire structure to inspect involves the use of a relatively bulky device and heavy to implement: in the case of heating in an oven, it is necessary to isolate the room to inspect in an oven; in the case of a heating blanket, the blanket must be placed flat on the part to be inspected and connected to a power source.
  • the invention proposes a system for heating only water infiltrated into the structure.
  • the outer skin of the sandwich structure is not heated completely, which has the effect that any structural defects in the structure are not heated and, therefore, are not detected by the camera.
  • the invention proposes to heat the water present in a sandwich structure by means of electromagnetic microwaves generated in the structure to be inspected, these microwaves having the effect of heating the water.
  • the detection of water is then done by means of a thermal camera or a holographic interferometry device.
  • the invention relates to a system for detecting and locating water in an aircraft sandwich structure, comprising means for heating the water present in an intermediate layer of the sandwich structure and means for taking at least an image of a surface of the sandwich structure, said image showing remarkable areas of said surface corresponding to the presence of water in the intermediate layer, characterized in that the means for heating the water comprises a device (2, 3 , 6) for emitting, within the sandwich structure, microwaves at a frequency substantially equal to the resonant frequency of the water molecules.
  • the invention may also include one or more of the following features:
  • the microwave emission device comprises a microwave generator, outside the sandwich structure, at least one microwave transmitter, located inside the structure, and at least one waveguide to transmit the microwaves of the generator to the transmitter.
  • the microwave generator emits waves at a frequency substantially equal to the resonance frequency of the water molecules.
  • the means for taking images is an infrared camera or a thermal camera capable of detecting a hot zone on the surface of the structure, this hot zone corresponding to the presence of water heated by the microwaves.
  • the means for taking images is a holographic interferometry device capable of detecting deformed areas of the surface of the sandwich structure, these deformed zones corresponding to the presence of water heated by the microwaves.
  • the microwave emission device comprises two microwave emitters.
  • the two microwave transmitters emit at different frequencies.
  • a microwave transmitter is an irremovable antenna.
  • An immovable antenna has a base attached to the structure and a conductive rod located inside the structure.
  • a microwave transmitter is a removable antenna.
  • a removable antenna comprises a conductive rod installed in an orifice of the structure, this orifice being closed by a sealed plug, in flight.
  • the invention also relates to a method for detecting water in an aircraft sandwich structure, characterized in that it comprises the following operations: - emission of microwaves inside the sandwich structure,
  • Figure 1 shows schematically an example of a water detection system according to the invention.
  • FIG. 2 represents an exemplary image obtained with an infrared camera according to the invention.
  • FIG. 3 represents another example of an image obtained with the system of the invention, in the case where the thermal signature is non-homogeneous.
  • FIG. 4 represents yet another example of an image obtained with the system of the invention, in the case where the thermal signature is homogeneous.
  • the invention relates to a system for detecting the presence of water in a sandwich structure, by injecting microwaves into said structure.
  • a system is shown schematically in FIG.
  • FIG. 1 shows an example of a structure to be inspected equipped with the system of the invention.
  • the structure to be inspected 1 is a structure, or piece, closed comprising one or more cells.
  • the structure to be inspected 1 has a rectangular shape. It is understood that it can have various shapes and, in particular, shapes adapted to the structure of an aircraft.
  • This structure to be inspected may be, for example, the front landing gear flap of an aircraft.
  • the structure to be inspected is a sandwich structure having carbon skins and an intermediate honeycomb layer.
  • the honeycomb has the advantage of not absorbing electromagnetic waves.
  • Carbon has the advantage of being impassable by electromagnetic waves.
  • the system of the invention comprises a device for emitting microwaves inside the structure to be inspected.
  • This emission device comprises a wave generator 2 located outside the structure to be inspected 1.
  • the waves produced by the generator 2 are microwaves.
  • This transmission device also comprises a transmitter 3, or antenna, installed in the structure 1. At least one transmitter is mounted in each part to be inspected from the aircraft.
  • the transmitter 3 of the part to be inspected 1 is connected to the generator 2 by means of a waveguide 6.
  • This waveguide 6 transmits to the transmitter 3 microwaves generated by the generator 2.
  • the transmitter 3 transmits these microwaves in the inner layer, that is to say the honeycomb layer of the structure 1. In propagating in the inner layer, the microwaves heat the water present in the structure 1.
  • the microwaves are generated at a substantially equal frequency at the resonant frequency of the water molecules, which excites the water molecules. This excitation results in an increase in the temperature of the water. The heat released by this increase in water temperature is transmitted to the surface of the structure to be inspected. This heat has for as a result of heating and deforming an area of the surface of the structure.
  • the system of the invention also comprises an image pickup device 5 located outside the structure to be inspected 1 and which makes at least one image of the surface of the structure.
  • the imaging device is a thermal camera or an infrared camera that makes an image of the structure to be inspected.
  • the thermal camera and the infrared camera have the particularity of analyzing the different elements of the shooting according to their thermal radiation. They allow, one as the other, to identify hot spots on an image. In the invention, such a camera makes it possible to identify the hot zones of the structure to be inspected 1.
  • the image taking device is a holographic interferometry device which produces two holographic images of the surface of the structure to be inspected 1. These holographic images are superimposed, thus making it possible to detect deformed zones.
  • this holographic interferometry device detects the areas of the surface of the structure 1 which have deformed under the effect of heat. These deformed zones each correspond to the location of an infiltration of water in the inner layer of the structure.
  • the images obtained from the surface of the structure to be inspected show the remarkable areas of said surface, that is to say the zones hot or deformed areas that correspond to a water point inside the structure.
  • the generator 2 emits microwaves at a frequency of 2.45 GHz. Since the microwaves do not pass through the carbon skins of the sandwich structure, they remain contained in the closed structure; they can therefore be issued without risk to the safety of maintenance personnel.
  • the transmitter is an irremovable antenna. It is therefore permanently installed in the structure.
  • each part of the aircraft that can be inspected comprises at least one fixed antenna.
  • Such an antenna may comprise:
  • the base fixed in the carbon skin of the structure to be inspected.
  • the base comprises an input terminal adapted to receive the waveguide 6.
  • this conductive rod transmits the microwaves inside the structure 1.
  • the length of this conductive rod is adapted to the structure to be inspected.
  • the conductive rod may have a length of the order of 30 mm.
  • the transmitter is a detachable antenna.
  • an orifice is preformed in the carbon skin of the structure to be inspected.
  • the antenna is installed in this hole.
  • the orifice is closed by means of a leakproof plug.
  • This plug can be, for example, screwed into the structure.
  • the cap is unscrewed and the transmitter is installed in place of the plug in the orifice.
  • the cap is screwed back into the hole.
  • the orifice is filled with resin as soon as the structure is out of maintenance.
  • the transmitter may be a radial antenna that is to say that emits in all directions of a plane, particularly when the microwave transmission power is high, or a directional beam antenna, especially when the available power is less.
  • FIG 2 there is shown an exemplary image of the surface of a sandwich structure infiltrated with water, obtained with an infrared camera.
  • this image there is a plurality of spots, each spot corresponding to the detection of a hot zone on the surface of the structure.
  • One of these spots has a particularly round shape: it corresponds to the antenna 3.
  • the location of the antenna being known, it is easy to identify, in the image, the spot corresponding to the antenna compared to other spots.
  • the other detected spots 7 correspond to points hot from the surface of the structure.
  • Each hot spot corresponds to the presence of water infiltrated into the structure.
  • the image provided by the infrared camera can identify, on the outer skin of the sandwich structure, the hot zones whose location corresponds to the presence of water in the inner layer. Since only water is sensitive to microwaves, all the hot zones detected on the surface of the sandwich structure correspond to an infiltrated zone of water. Construction defects are not detected.
  • a single transmitter is used to transmit the microwaves into the inner layer of the surface to be inspected.
  • the use of a single transmitter may result in non-homogenization of the electromagnetic field in the structure.
  • the zones infiltrated with water do not have an identical rise in temperature.
  • the spots on the image have different aspects.
  • An example of an image obtained by an infrared camera in which the thermal signature is non-homogeneous is shown in FIG. 3.
  • the emitter allows a detection of water over an area of 800 mm.
  • the hot spot 9a at 400 mm is larger than the others; the hot spot 11a at 800 mm is smaller than the others.
  • the invention proposes an embodiment in which two emitters are installed in the structure to be inspected, which has the effect of homogenizing the electromagnetic field in the structure.
  • the frequency of the second transmitter may be different from that of the first transmitter.
  • the infiltrated areas of water then have a similar rise in temperature.
  • the hot spots on the image are therefore of a similar size, as shown in the example of FIG. 4.
  • the detection of hot spots 8b, 9b, 10b, 11b, 12b on the image is thus facilitated.
  • FIGS. 3 and 4 correspond to images obtained by means of an infrared camera. It is understood that a detection of the infiltrated zones of water with a homogeneous thermal signature can also be obtained with a holographic interferometry device, as previously described.
  • the system of the invention which has just been described has the advantage of allowing a rapid heating time of the infiltrated water. This heating time is of the order of 10 seconds to 1 minute.
  • the temperature rise of the surface of the structure to be inspected is therefore also faster than in the prior art, which allows a fast inspection of the parts, without any disassembly.
  • the total time for the implementation and acquisition of results is thus less than half an hour. This reduction in detection time makes it possible to carry out more frequent inspections and thus to carry out less heavy repairs since they were performed early, before the structure has suffered too much degradation.
  • this system has the advantage of being relatively compact since it requires, to heat the water, a microwave generator of reduced size and one or more transmitter (s) located (s) ) inside the structure to be inspected.

Abstract

L'invention concerne un système de détection et de localisation d'eau dans une structure sandwich (1) pour aéronef, comportant un moyen pour chauffer l'eau présente dans une couche intermédiaire de la structure sandwich et un moyen pour prendre au moins une image d'une surface de la structure sandwich, ladite image montrant des zones remarquables de ladite surface correspondant à la présence d'eau dans la couche intermédiaire, dans lequel le moyen pour chauffer l'eau comporte un dispositif (2, 3, 6) pour émettre, à l'intérieur de la structure sandwich, des micro-ondes à une fréquence sensiblement égale à la fréquence de résonance des molécules d'eau. L'invention concerne aussi un procédé mis en œuvre par ce système.

Description

SYSTEME DE DETECTION ET DE LOCALISATION D'EAU DANS UNE STRUCTURE SANDWICH D'AERONEF
Domaine de l'invention L'invention concerne un système pour détecter et localiser la présence d'eau dans des structures caissonnées d'aéronef et, notamment, dans des structures composites de type sandwich. L'invention trouve des applications dans le domaine de l'aéronautique et, en particulier, dans le domaine de la maintenance avec contrôle non destructif des structures d'aéronef. L'invention s'applique plus particulièrement aux structures dites caissonnées, c'est-à-dire aux structures fermées réalisées en matériaux composites avec une enveloppe externe en carbone et une couche interne en nid d'abeille. Etat de la technique Dans le domaine de l'aéronautique et, en particulier, de la maintenance des aéronefs en service, il est important de détecter la présence d'eau dans les structures de l'aéronef. En effet, de l'eau peut être présente dans certaines pièces dans l'aéronef, notamment dans des pièces en matériaux composites de type sandwich. Un matériau de type sandwich comporte une structure alvéolaire formant une couche interne. Cette couche interne est recouverte de chaque côté par une peau. La structure alvéolaire peut être une couche en nid d'abeille en carton, comme le Nomex ®, ou en nid d'abeille en fibres de verre ou en mousse. Les peaux peuvent être réalisées en un matériau imperméable. Elles peuvent être façonnées de façon à se rejoindre, sur le bord de la pièce, formant ainsi une enveloppe autour de la structure alvéolaire. Les pièces ainsi formées sont appelées des structures caissonnées. Par exemple, les trappes de trains d'atterrissages, les gouvernes de profondeurs, les radômes ou encore les élévateurs sont des pièces qui sont fréquemment réalisées en composite sandwich.
Or, la présence d'eau dans ces pièces, notamment dans la couche interne formant la couche intermédiaire de la structure caissonnée, affecte la tenue et le poids des structures ce qui peut entraîner un comportement indésirable de l'aéronef en vol.
Actuellement, la présence d'eau dans ces structures est détectée, soit par des inspections régulières lors de la phase de maintenance, soit par des manifestations de sa présence (gonflement des structures, taches de condensation, etc.) soit, dans les cas les plus extrêmes, par les effets sur des actionneurs mécaniques du fait de l'augmentation du poids de la structure.
Actuellement, dans le cas d'une inspection lors d'une tâche de maintenance de l'aéronef, la présence d'eau dans des structures sandwich est généralement détectée à l'aide d'une source extérieure de chaleur. Cette technique de détection classique consiste à chauffer l'eau présente à l'intérieur de la structure sandwich au moyen d'une source de chaleur extérieure. Cette source de chaleur peut être une étuve ou une couverture chauffante, c'est-à-dire une couverture traversée par une résistance permettant de chauffer l'ensemble de la surface recouverte par ladite couverture. Le chauffage de l'eau provoque, soit une déformation de la structure, soit une augmentation de la température de la surface de la structure. Pendant la phase de maintenance de l'aéronef, si une déformation de la structure ou une élévation de la température de la surface de la structure est détectée, le personnel de maintenance en déduit la présence d'eau dans ladite structure à l'aide soit d'un interféromètre (système de shearographie) soit d'une caméra sensible aux rayonnements infrarouges.
La détection d'une déformation de la structure sandwich est réalisée par un procédé d'interférométrie holographique. L'interférométrie holographique est une méthode de localisation basée sur l'utilisation de deux images holographiques superposées, qui font apparaître les parties d'une pièce où les contraintes se manifestent. En d'autres termes, l'interférométrie holographique consiste à réaliser deux images holographiques, c'est-à-dire deux images en relief, que l'on superpose pour faire apparaître les différences entre les deux images. Ces différences correspondent à la déformation de la structure sandwich. On en déduit qu'à l'emplacement de la déformation, se trouve de l'eau dans la couche intermédiaire de la structure sandwich.
L'augmentation de la température de la surface de la structure est détectée au moyen d'une caméra thermique ou d'une caméra infrarouge dont la particularité est de mettre en évidence, sur une image, les zones de la surface de la structure où la température est différente. A l'emplacement de ces zones, se trouve de l'eau dans la couche intermédiaire de la structure sandwich. Cependant, cette technique nécessite de chauffer l'ensemble de la structure à inspecter dans le but de chauffer l'eau éventuellement infiltrée dans la couche intermédiaire de ladite structure. Or, il est à noter que certains défauts de construction de la structure, tels que des excédents de résine ou d'adhésif, présentent la même signature thermique qu'une alvéole en nid d'abeille dans laquelle se trouve de l'eau. Ainsi, sous l'effet de la chaleur, ces défauts ont la même représentation visuelle, sur les images acquises par la caméra, que des infiltrations d'eau. Cette technique ne permet donc aucune discrimination des défauts. La présence de résine ou d'adhésif en excès est détectée comme la présence d'eau dans une alvéole. Le personnel de maintenance procède alors à des réparations qui n'ont pas lieu d'être.
En outre, le fait de chauffer l'ensemble de la structure à inspecter entraîne l'utilisation d'un dispositif relativement encombrant et lourd à mettre en œuvre : dans le cas d'un chauffage en étuve, il est nécessaire d'isoler la pièce à inspecter dans une étuve ; dans le cas d'une couverture chauffante, il faut installer la couverture chauffante bien à plat sur la pièce à inspecter et la connecter à une source d'alimentation électrique.
De plus, pour réaliser l'inspection des structures sandwich, il est nécessaire d'immobiliser l'aéronef préalablement à toute réparation, afin de déterminer s'il y a ou non-infiltration d'eau dans la structure. La période nécessaire à l'inspection de l'aéronef est relativement longue, de l'ordre de 8 heures. Or, l'immobilisation d'un aéronef est coûteuse. A ce temps d'immobilisation pour inspection, il faut d'ajouter aussi le temps nécessaire à la préparation de la structure, soit environ 32 heures, ainsi que le temps de démontage, de remontage et d'ajustement des pièces qui ne peuvent pas être inspectées sur l'aéronef. Le temps d'immobilisation total de l'aéronef est donc relativement important, ce qui entraîne un coût important. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. A cette fin, l'invention propose un système permettant de chauffer uniquement l'eau infiltrée dans la structure. La peau extérieure de la structure sandwich n'est pas chauffée totalement, ce qui a pour effet que les éventuels défauts de construction de la structure ne sont pas chauffés et, donc, ne sont pas détectés par la caméra. Pour cela, l'invention propose de chauffer l'eau présente dans une structure sandwich au moyen de micro-ondes électromagnétiques générées dans la structure à inspecter, ces micro-ondes ayant pour effet de chauffer l'eau. La détection d'eau se fait ensuite au moyen d'une caméra thermique ou d'un dispositif d'interférométrie holographique.
Ce système a l'avantage de détecter facilement la présence d'eau dans la structure sans nécessité une longue immobilisation de l'aéronef, ce qui permet de réaliser les réparations précocement et, donc, à moindre coût. De façon plus précise, l'invention concerne un système de détection et de localisation d'eau dans une structure sandwich pour aéronef, comportant un moyen pour chauffer l'eau présente dans une couche intermédiaire de la structure sandwich et un moyen pour prendre au moins une image d'une surface de la structure sandwich, ladite image montrant des zones remarquables de ladite surface correspondant à la présence d'eau dans la couche intermédiaire, caractérisé en ce que le moyen pour chauffer l'eau comporte un dispositif (2, 3, 6) pour émettre, à l'intérieur de la structure sandwich, des micro-ondes à une fréquence sensiblement égale à la fréquence de résonance des molécules d'eau. L'invention peut comporter également une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le dispositif d'émission de micro-ondes comporte un générateur de micro-ondes, extérieur à la structure sandwich, au moins un émetteur de micro-ondes, situé à l'intérieur de la structure, et au moins un guide d'ondes pour transmettre les micro-ondes du générateur à l'émetteur.
- le générateur de micro-ondes émet des ondes à une fréquence sensiblement égale à la fréquence de résonance des molécules d'eau.
- le moyen pour prendre des images est une caméra infrarouge ou une caméra thermique apte à détecter une zone chaude à la surface de la structure, cette zone chaude correspondant à la présence d'eau chauffée par les micro-ondes.
- le moyen pour prendre des images est un dispositif d'interférométrie holographique apte à détecter des zones déformées de la surface de la structure sandwich, ces zones déformées correspondant à la présence d'eau chauffée par les micro-ondes. - le dispositif d'émission de micro-ondes comporte deux émetteurs de micro-ondes.
- les deux émetteurs de micro-ondes émettent à des fréquences différentes. - un émetteur de micro-ondes est une antenne inamovible.
- une antenne inamovible comporte une embase fixée sur la structure et une tige conductrice située à l'intérieur de la structure.
- un émetteur de micro-ondes est une antenne amovible.
- une antenne amovible comporte une tige conductrice installée dans un orifice de la structure, cet orifice étant obturé par un bouchon étanche, en vol.
L'invention concerne également un procédé de détection d'eau dans une structure sandwich pour aéronef, caractérisé par le fait qu'il comporte les opérations suivantes : - émission de micro-ondes à l'intérieur de la structure sandwich,
- réalisation d'au moins une image d'une surface de la structure sandwich, et
- détection, sur l'image de la surface de ladite structure, d'une zone remarquable correspondant à la présence d'eau dans une couche intermédiaire de ladite structure sandwich. Brève description des dessins
La figure 1 représente schématiquement un exemple de système de détection d'eau selon l'invention.
La figure 2 représente un exemple d'image obtenue avec une caméra infrarouge selon l'invention.
La figure 3 représente un autre exemple d'image obtenue avec le système de l'invention, dans le cas où la signature thermique est non homogène.
La figure 4 représente encore un autre exemple d'image obtenue avec le système de l'invention, dans le cas où la signature thermique est homogène.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention concerne un système pour détecter la présence d'eau dans une structure sandwich, par injection de micro-ondes dans ladite structure. Un tel système est représenté schématiquement sur la figure 1. Cette figure 1 montre un exemple de structure à inspecter équipée du système de l'invention. La structure à inspecter 1 est une structure, ou pièce, fermée comportant une ou plusieurs alvéoles. Dans l'exemple de la figure 1 , la structure à inspecter 1 a une forme rectangulaire. Il est bien entendu qu'elle peut avoir des formes diverses et, en particuliers, des formes adaptées à la structure d'un aéronef. Cette structure à inspecter peut être, par exemple, la trappe de train avant d'un aéronef.
La structure à inspecter est une structure sandwich ayant des peaux en carbone et une couche intermédiaire en nid d'abeille. Le nid d'abeille a l'avantage de ne pas absorber les ondes électromagnétiques. Le carbone présente l'avantage d'être infranchissable par les ondes électromagnétiques. Ainsi, avec une telle structure, les ondes injectées à l'intérieur de la structure sandwich se propagent dans la couche en nid d'abeille, entre les deux peaux en carbone. Ces ondes, lorsqu'elles rencontrent de l'eau, ont pour effet de chauffer cette eau.
Comme montré sur la figure 1 , le système de l'invention comporte un dispositif pour émettre des micro-ondes à l'intérieur de la structure à inspecter. Ce dispositif d'émission comprend un générateur d'ondes 2 situé en extérieur de la structure à inspecter 1. Les ondes produites par le générateur 2 sont des micro-ondes. Ce dispositif d'émission comporte aussi un émetteur 3, ou antenne, installé dans la structure 1. Au moins un émetteur est monté dans chaque pièce à inspecter de l'aéronef. L'émetteur 3 de la pièce à inspecter 1 est relié au générateur 2 au moyen d'un guide d'ondes 6. Ce guide d'ondes peut être un câble coaxial. Le guide d'ondes 6 transmet à l'émetteur 3 des micro-ondes générées par le générateur 2. L'émetteur 3 transmet ces micro-ondes dans la couche interne, c'est-à-dire la couche en nid d'abeille, de la structure 1. En se propageant dans la couche interne, les micro-ondes chauffent l'eau présente dans la structure 1. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les micro-ondes sont générées à une fréquence sensiblement égale à la fréquence de résonance des molécules d'eau, ce qui excite les molécules d'eau. Cette excitation se traduit par une augmentation de la température de l'eau. La chaleur dégagée par cette augmentation de la température de l'eau se transmet à la surface de la structure à inspecter. Cette chaleur a pour conséquence de chauffer et de déformer une zone de la surface de la structure.
Le système de l'invention comporte également un dispositif de prise d'images 5, situé à l'extérieur de la structure à inspecter 1 et qui réalise au moins une image de la surface de la structure. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de prise d'images est une caméra thermique ou une caméra infrarouge qui réalise une image de la structure à inspecter. La caméra thermique et la caméra infrarouge ont la particularité d'analyser les différents éléments de la prise de vue en fonction de leurs radiations thermiques. Elles permettent, l'une comme l'autre, d'identifier les points chauds sur une image. Dans l'invention, une telle caméra permet d'identifier les zones chaudes de la structure à inspecter 1. Chaque zone chaude correspond à l'emplacement d'une infiltration d'eau dans la couche interne de la structure Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de prise d'images est un dispositif d'interférométrie holographique qui réalise deux images holographiques de la surface de la structure à inspecter 1. Ces images holographiques sont superposées, permettant ainsi de détecter des zones déformées. Dans l'invention, ce dispositif d'interférométrie holographique détecte les zones de la surface de la structure 1 qui se sont déformées sous l'effet de la chaleur. Ces zones déformées correspondent chacune à l'emplacement d'une infiltration d'eau dans la couche interne de la structure.
Quel que soit le type de dispositif de prise d'images (dispositif d'interférométrie holographique ou caméra), les images obtenues de la surface de la structure à inspecter montrent les zones remarquables de ladite surface, c'est-à-dire les zones chaudes ou les zones déformées qui correspondent à un point d'eau à l'intérieur de la structure.
Dans un exemple du système de l'invention, le générateur 2 émet des micro-ondes à une fréquence de 2,45 GHz. Les micro-ondes ne traversant pas les peaux en carbone de la structure sandwich, elles restent contenues dans la structure fermée ; elles peuvent donc être émises sans risque pour la sécurité du personnel de maintenance.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'émetteur est une antenne inamovible. Elle est donc installée à demeure dans la structure. Dans ce cas, chaque pièce de l'aéronef susceptible d'être inspectée comporte au moins une antenne fixe. Une telle antenne peut comporter :
- une embase fixée dans la peau en carbone de la structure à inspecter. L'embase comporte une borne d'entrée apte à recevoir le guide d'onde 6.
- une tige conductrice fixée sur l'embase et formant une protubérance dans la couche interne de la structure à inspecter. Cette tige conductrice transmet les micro-ondes à l'intérieur de la structure 1. La longueur de cette tige conductrice est adaptée à la structure à inspecter. Par exemple, la tige conductrice peut avoir une longueur de l'ordre de 30 mm.
Dans un autre mode de réalisation, l'émetteur est une antenne amovible. Dans ce cas, un orifice est préformé dans la peau en carbone de la structure à inspectée. En phase d'inspection, l'antenne est installée dans cet orifice. Hors phase de maintenance, l'orifice est obturé au moyen d'un bouchon étanche. Ce bouchon peut être, par exemple, vissé dans la structure. Ainsi, lors de l'inspection de la structure, le bouchon est dévissé et l'émetteur est installé à la place du bouchon dans l'orifice. Lorsque l'inspection est terminée, le bouchon est revissé dans l'orifice. Un tel émetteur a l'avantage de n'entraîner aucune traînée, en vol, notamment lorsque la structure est placée dans le flux aérodynamique.
Dans un autre mode de réalisation, l'orifice est rempli par de la résine dès que la structure est hors maintenance.
Qu'il soit fixe ou amovible, l'émetteur peut être une antenne radiale c'est-à-dire qui émet dans toutes les directions d'un plan, en particulier lorsque la puissance d'émission des micro-ondes est élevée, ou une antenne à faisceaux directionnels, en particulier lorsque la puissance disponible est moindre.
Sur la figure 2, on a représenté un exemple d'image de la surface d'une structure sandwich infiltrée d'eau, obtenue avec une caméra infrarouge. Sur cette image, on remarque une pluralité de taches, chaque tache correspondant à la détection d'une zone chaude à la surface de la structure. L'une de ces taches a une forme particulièrement ronde : elle correspond à l'antenne 3. L'emplacement de l'antenne étant connu, il est facile de repérer, sur l'image, la tache correspondant à l'antenne par rapport aux autres taches. Les autres taches détectées 7 correspondent à des points chauds de la surface de la structure. Chaque point chaud correspond à la présence d'eau infiltrée dans la structure. Ainsi, l'image fournie par la caméra infrarouge permet de repérer, sur la peau externe de la structure sandwich, les zones chaudes dont l'emplacement correspond à la présence d'eau dans la couche interne. Puisque seule l'eau est sensible aux micro-ondes, toutes les zones chaudes détectées à la surface de la structure sandwich correspondent à une zone infiltrée d'eau. Les défauts de constructions ne sont pas détectés.
Dans les modes de réalisation décrits précédemment, un seul émetteur est utilisé pour transmettre les micro-ondes dans la couche interne de la surface à inspecter. L'utilisation d'un seul émetteur peut entraîner une non-homogénéisation du champ électromagnétique dans la structure. Dans ce cas, les zones infiltrées d'eau ne présentent pas une élévation de température identique. Les taches sur l'image ont des aspects différents. Un exemple d'image obtenue par une caméra infrarouge dans laquelle la signature thermique est non homogène est représenté sur la figure 3. Dans cet exemple, l'émetteur permet une détection d'eau sur une zone de 800 mm. Dans cette zone, quatre points chauds 8a, 9a, 10a, 11a, 12a sont détectés le long de la ligne L, en plus de l'antenne 3 : le point chaud 9a à 400 mm est plus gros que les autres ; le point chaud 11a à 800 mm est plus petit que les autres.
Pour obtenir des signatures thermiques homogènes, correspondant à des taches sensiblement identiques sur l'image, l'invention propose un mode de réalisation dans lequel deux émetteurs sont installés dans la structure à inspecter, ce qui a pour effet d'homogénéiser le champ électromagnétique dans la structure. La fréquence du second émetteur peut être différente de celle du premier émetteur. Les zones infiltrées d'eau présentent alors une élévation de température similaire. Les points chauds sur l'image ont donc une taille similaire, comme montre dans l'exemple de la figure 4. La détection des points chauds 8b, 9b, 10b, 11 b, 12b sur l'image se trouve ainsi facilitée.
Les exemples des figures 3 et 4 correspondent à des images obtenues au moyen d'une caméra infrarouge. Il est bien entendu qu'une détection des zones infiltrées d'eau avec une signature thermique homogène peut également être obtenue avec un dispositif d'interférométrie holographique, comme décrit précédemment. Le système de l'invention qui vient d'être décrit présente l'avantage de permettre un temps de chauffe rapide de l'eau infiltrée. Ce temps de chauffe est de l'ordre de 10 secondes à 1 minute. L'élévation en température de la surface de la structure à inspecter est donc également plus rapide que dans l'art antérieur, ce qui permet une inspection des pièces rapide, sans aucun démontage. Le temps total pour la mise en œuvre et l'acquisition des résultats est ainsi inférieure à une demi-heure. Cette réduction de temps de détection permet d'effectuer des inspections plus fréquentes et donc d'effectuer des réparations moins lourdes puisque réalisées précocement, avant que la structure n'ait subit une trop forte dégradation.
De plus, ce système a l'avantage d'être relativement peu encombrant puisqu'il ne nécessite, pour chauffer l'eau, qu'un générateur de micro-ondes d'encombrement réduit et un ou plusieurs émetteur(s) situé(s) à l'intérieur de la structure à inspecter.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Système de détection et de localisation d'eau dans une structure sandwich (1 ) pour aéronef, comportant un moyen pour chauffer l'eau présente dans une couche intermédiaire de la structure sandwich et un moyen pour prendre au moins une image d'une surface de la structure sandwich, ladite image montrant des zones remarquables de ladite surface correspondant à la présence d'eau dans la couche intermédiaire, caractérisé en ce que le moyen pour chauffer l'eau comporte un dispositif (2, 3, 6) pour émettre, à l'intérieur de la structure sandwich, des micro-ondes à une fréquence sensiblement égale à la fréquence de résonance des molécules d'eau.
2 - Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif d'émission de micro-ondes comporte : - un générateur (2) de micro-ondes, extérieur à la structure sandwich,
- au moins un émetteur (3) de micro-ondes, situé à l'intérieur de la structure, et
- au moins un guide d'ondes (6) pour transmettre les micro-ondes du générateur à l'émetteur. 3 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen pour prendre des images est une caméra infrarouge ou une caméra thermique (5) apte à détecter une zone chaude à la surface de la structure, cette zone chaude correspondant à la présence d'eau chauffée par les micro-ondes. 4 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen pour prendre des images est un dispositif d'interférométrie holographique apte à détecter des zones déformées de la surface de la structure sandwich, ces zones déformées correspondant à la présence d'eau chauffée par les micro-ondes. 5 - Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'émission de micro-ondes comporte deux émetteurs de micro-ondes.
6 - Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux émetteurs de micro-ondes émettent à des fréquences différentes. 7 - Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un émetteur de micro-ondes est une antenne inamovible.
8 - Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'antenne inamovible comporte une embase fixée sur la structure et une tige conductrice située à l'intérieur de la structure.
9 - Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'un émetteur est une antenne amovible.
10 - Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'antenne amovible comporte une tige conductrice installée dans un orifice de la structure, cet orifice étant obturé par un bouchon étanche, en vol.
11 - Procédé de détection et de localisation d'eau dans une structure sandwich (1) pour aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes :
- émission, à l'intérieur de la structure sandwich, des micro-ondes à une fréquence sensiblement égale à Ia fréquence de résonance des molécules d'eau,
- réalisation d'au moins une image d'une surface de la structure sandwich, et
- détection, sur l'image de la surface de ladite structure, d'une zone remarquable correspondant à la présence d'eau dans une couche intermédiaire de ladite structure sandwich.
12 - Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un système de détection et de localisation d'eau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
IE fe,ï-*v ΛsPLACCSEET (BËGUE 26)
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