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Patent 2834757 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent Application: (11) CA 2834757
(54) English Title: MONITORING UNIT AND METHOD FOR DETECTING STRUCTURAL DEFECTS WHICH CAN OCCUR IN AN AIRCRAFT NACELLE DURING USE
(54) French Title: ENSEMBLE ET PROCEDE DE SURVEILLANCE POUR DETECTER DES DEFAUTS STRUCTURELS POUVANT APPARAITRE DANS UNE NACELLE D'AERONEF EN SERVICE
Status: Dead
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • G01M 5/00 (2006.01)
(72) Inventors :
  • MAALIOUNE, HAKIM (France)
(73) Owners :
  • AIRCELLE (France)
(71) Applicants :
  • AIRCELLE (France)
(74) Agent: NORTON ROSE FULBRIGHT CANADA LLP/S.E.N.C.R.L., S.R.L.
(74) Associate agent:
(45) Issued:
(86) PCT Filing Date: 2012-04-12
(87) Open to Public Inspection: 2012-11-08
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2012/050799
(87) International Publication Number: WO2012/150394
(85) National Entry: 2013-10-30

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
1153717 France 2011-05-02

Abstracts

English Abstract

The invention relates to a monitoring unit (11) which includes a composite sandwich structure (10) forming a portion of the aircraft nacelle (1), a plurality of sensors (14) for generating signals representative of an amplitude and/or frequency of vibrations. Each sensor (14) transmits said signals via electromagnetic waves, e.g. via radio frequencies. Each sensor (14) is an electromechanical microsystem including a means for converting mechanical energy into electrical energy. A computing unit (15) is suitable for: evaluating the differences between a current transfer function resulting from said signals and a predetermined nominal transfer function; comparing each of said differences with a respective detection threshold; and, from said comparison, estimating or evaluating the size and/or position of said structural defect in the structure (10).


French Abstract

Cet ensemble de surveillance (11) comprend une structure (10) en sandwich composite et formant une partie de la nacelle d'aéronef (1), plusieurs capteurs (14) pour générer des signaux représentatifs d'une amplitude et/ou d'une fréquence de vibrations. Chaque capteur (14) émet lesdits signaux par ondes électromagnétiques, par exemple par radiofréquence. Chaque capteur (14) est un microsystème électromécanique comprenant des moyens pour convertir en énergie électrique une énergie mécanique. Une unité de calcul (15) est adaptée : pour évaluer les différences existant entre une fonction de transfert courante résultant desdits signaux et une fonction de transfert nominale prédéterminée; pour opérer une comparaison entre chacune desdites différences et un seuil de détection respectif; et à partir de ladite comparaison, pour estimer ou évaluer la taille et/ou la position dudit défaut structurel dans la structure (10).

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.



14
REVENDICATIONS
1. Ensemble de surveillance (11), pour détecter des défauts
structurels (10.3) pouvant apparaître dans une nacelle d'aéronef (1) en
service, l'ensemble de surveillance (11) étant caractérisé en ce qu'il
comprend :
- au moins une structure (10) sandwich en matériau
composite avec au moins deux strates (10.1, 10.2)
distinctes, la structure (10) étant adaptée pour former au
moins une partie de la nacelle d'aéronef (1) ;
- plusieurs capteurs (14) agencés de façon à générer des
signaux représentatifs au moins d'une amplitude et/ou
d'une fréquence de vibrations produites dans la
structure (10) lorsque la nacelle d'aéronef (1) est en
service, chaque capteur (14) étant adapté pour émettre
lesdits signaux par ondes électromagnétiques, par exemple
par radiofréquence, chaque capteur (14) étant formé par un
microsystème électromécanique (MEMS) comprenant des
moyens pour convertir en énergie électrique une énergie
mécanique, telle que l'énergie d'un choc ou de
vibrations ; et
- au moins une unité de calcul (15) adaptée :
.cndot. pour évaluer les différences existant entre une
fonction de transfert courante résultant desdits
signaux et une fonction de transfert nominale
prédéterminée ;
.cndot. pour opérer une comparaison entre chacune desdites
différences et un seuil de détection (HD) respectif ; et
.cndot. à partir de ladite comparaison, pour estimer ou
évaluer la taille et/ou la position dudit défaut
structurel (10.3) dans la structure (10).
2. Ensemble de surveillance (11) selon la revendication 1,
dans lequel un seuil de détection (HD) est appliqué sur le module de la
fonction de transfert courante mesuré à une fréquence de résonance.


15
3. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel un seuil de détection est appliqué
sur le nombre et/ou sur la(les) valeur(s) de(s) fréquence(s) de résonance de
la fonction de transfert courante par rapport à la fonction de transfert
nominale.
4. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel chaque seuil de détection respectif
est fixé de manière absolue, de préférence à partir de la fonction de
transfert
nominale.
5. Ensemble de surveillance selon l'une des revendications
précédentes, dans lequel chaque seuil de détection respectif est fixé de
manière relative, l'unité de calcul comparant une fonction de transfert
courante résultant des signaux d'un capteur avec au moins une fonction de
transfert courante résultant des signaux d'au moins un capteur distinct.
6. Ensemble de surveillance selon l'une des revendications
précédentes, comprenant plusieurs unités de calcul, chaque unité de calcul
étant incorporée dans un capteur respectif.
7. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications 1 à 5, comprenant une unité de calcul (15) agencée à distance
des capteurs (14) et adaptée pour recevoir lesdits signaux de chaque
capteur.
8. Ensemble de surveillance selon l'une des revendications
précédentes, comprenant en outre des organes de transmission adaptés
chacun pour recevoir lesdits signaux d'un capteur respectif et pour les
transmettre à une unité de calcul respective, les organes de transmission
étant formés par des composants d'identification par radiofréquence
embarqués sur l'aéronef.
9. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel chaque capteur (14) émet lesdits
signaux avec une intensité supérieure à l'atténuation réalisée par la
structure (10).

16
10. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel chaque capteur (14) est de type
passif et composé de silicium, chaque capteur (14) comportant de préférence
des moyens mécaniques de comptage.
11. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel chaque capteur (14) est intégré ou
noyé dans la structure (10).
12. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel les capteurs (14) sont répartis en
plusieurs points de la structure (10), de façon à surveiller la majeure partie
de
la structure (10).
13. Ensemble de surveillance (11) selon l'une des
revendications précédentes, dans lequel plusieurs capteurs (14) sont
agencés pour mesurer des vibrations produites entre deux strates (10.1, 10.2)
distinctes lorsque la nacelle d'aéronef (1) est en service.
14. Procédé de surveillance, pour détecter des défauts
structurels (10.3) pouvant apparaître dans une nacelle d'aéronef (1) en
service, au moins une partie de la nacelle d'aéronef (1) étant formée par une
structure (10) sandwich en matériau composite avec au moins deux strates
(10.1, 10.2) distinctes, le procédé de surveillance étant caractérisé en ce
qu'il
comprend les étapes :
- actionner plusieurs capteurs (14) agencés de façon à
générer des signaux représentatifs au moins d'une
amplitude et/ou d'une fréquence de vibrations produites
dans la structure (10) lorsque la nacelle d'aéronef (1) est
en service ;
- émettre, au moyen de chaque capteur (14), lesdits signaux
par ondes électromagnétiques, par exemple par
radiofréquence, chaque capteur (14) étant formé par un
microsystème électromécanique (MEMS) comprenant des
moyens pour convertir en énergie électrique une énergie
mécanique, telle que l'énergie d'un choc ou de
vibrations ; et
- évaluer, au moyen d'au moins une unité de calcul (15), les
différences existant entre une fonction de transfert courante


17

résultant desdits signaux et une fonction de transfert
nominale prédéterminée ;
- opérer, au moyen de la ou de chaque unité de calcul (15),
une comparaison entre chacune desdites différences et un
seuil de détection (HD) respectif ; et
- à partir de ladite comparaison, estimer ou évaluer la taille
et/ou la position dudit défaut structurel (10.3) dans la
structure (10).
15. Procédé de surveillance selon la revendication 14,
comprenant en outre une étape consistant à prédéterminer, au niveau de
chaque capteur (14), une fonction de transfert nominale dans l'état initial de
la
structure (10) avant mise en service de la nacelle d'aéronef (1).

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


CA 02834757 2013-10-30
WO 2012/150394 PCT/FR2012/050799
1
ENSEMBLE ET PROCEDE DE SURVEILLANCE POUR DETECTER DES
DEFAUTS STRUCTURELS POUVANT APPARAITRE DANS UNE
NACELLE D'AERONEF EN SERVICE
La présente invention concerne un ensemble de surveillance
pour détecter des défauts structurels pouvant apparaître dans une nacelle
d'aéronef en service. Par ailleurs, la présente invention concerne un procédé
de surveillance pour détecter des défauts structurels pouvant apparaître dans
une nacelle d'aéronef en service.
La présente invention trouve application notamment dans le
domaine aéronautique ou dans le domaine aérospatial, en particulier pour
réaliser le contrôle non destructif d'une structure de nacelle de réacteur.
Dans l'art antérieur, décrit dans US6006163A, un ensemble de
surveillance réalise le contrôle non destructif de certains composants
d'un moteur d'avion. Un tel ensemble de surveillance comprend plusieurs
capteurs piézoélectriques connectés à une unité de calcul. Les capteurs
piézoélectriques ne peuvent mesurer l'amplitude des vibrations qu'a
la surface externe du composant à surveiller. Les capteurs piézoélectriques
communiquent leurs mesures à l'unité de calcul, laquelle analyse
ces mesures, de façon à signaler l'éventuelle apparition d'un défaut
structurel.
Cependant, chaque capteur piézoélectrique doit être connecté
par des câbles électriquement conducteurs, dune part, à une source
d'alimentation, et d'autre part, à l'unité de calcul. L'installation d'une
telle
source d'alimentation et de telles connexions sont difficiles et coûteuses à
réaliser. En outre, de telles connexions présentent des risques importants de
rupture à cause des vibrations et chocs subis par le composant à surveiller.
Un tel ensemble de surveillance est donc peu fiable, car, dans le cas d'une
rupture, un défaut structurel risque de ne pas être détecté.
Dans la présente demande, l'adjectif conducteur et les
verbes conduire , connecter et raccorder se rapportent à la
conduction d'électricité, réalisée généralement au moyen d'un conducteur
solide.

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WO 2012/150394 PCT/FR2012/050799
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La présente invention vise notamment à résoudre, en tout ou
partie, les problèmes mentionnés ci-avant.
A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble de surveillance,
pour détecter des défauts structurels pouvant apparaître dans une nacelle
d'aéronef en service, l'ensemble de surveillance étant caractérisé en ce qu'il
comprend :
- au moins une structure sandwich en matériau composite
avec au moins deux strates distinctes, la structure étant
adaptée pour former au moins une partie de la nacelle
d'aéronef ;
- plusieurs capteurs agencés de façon à générer des
signaux représentatifs au moins d'une amplitude et/ou
d'une fréquence de vibrations produites dans la structure
lorsque la nacelle d'aéronef est en service, chaque capteur
étant adapté pour émettre lesdits signaux par ondes
électromagnétiques, par exemple par radiofréquence,
chaque capteur étant formé par un microsystème
électromécanique (MEMS) comprenant des moyens pour
convertir en énergie électrique une énergie mécanique,
telle que l'énergie d'un choc ou de vibrations ; et
- au moins une unité de calcul adaptée :
= pour évaluer les différences existant entre une
fonction de transfert courante résultant desdits
signaux et une fonction de transfert nominale
prédéterminée ;
= pour opérer une comparaison entre chacune desdites
différences et un seuil de détection respectif ; et
= à partir de ladite comparaison, pour estimer ou
évaluer la taille et/ou la position dudit défaut structurel
dans la structure.
En d'autres termes, un ensemble de surveillance conforme à
l'invention comprend des capteurs MEMS énergétiquement autonomes et
pouvant communiquer sans fil avec la ou les unité(s) de calcul, qui peu(ven)t
analyser les mesures transmises par chaque capteur.

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WO 2012/150394 PCT/FR2012/050799
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Un capteur énergétiquement autonome est un capteur qui peut
s'autoalimenter en énergie électrique. Les capteurs MEMS équipant un
ensemble conforme à l'invention convertissent l'énergie mécanique de chocs
ou vibrations en énergie électrique. En effet, chacun de ces capteurs MEMS
comprend un microsystème électromécanique qui forme une sorte de micro-
alternateur adapté pour générer l'énergie électrique dont les autres éléments
du capteur MEMS ont besoin pour fonctionner. En d'autres termes, chaque
capteur MEMS produit lui-même l'énergie électrique qui est nécessaire à son
fonctionnement.
Ainsi, l'alimentation énergétique d'un tel capteur MEMS a un
impact environnemental nul, car ce capteur MEMS produit de l'énergie
électrique à partir des chocs ou des vibrations subis. De plus, de tels
capteurs
MEMS dispensent de câbler des fils électriques qui étaient auparavant
nécessaires aux capteurs piézoélectriques utilisés dans l'art antérieur.
Comme les capteurs MEMS sont agencés de façon à générer
des signaux représentatifs au moins d'une amplitude et/ou d'une fréquence
de vibrations produites à l'intérieur de la structure sandwich, les capteurs
MEMS permettent de surveiller la structure sandwich dans son épaisseur, ce
qui n'est pas possible dans un ensemble de surveillance de l'art antérieur où
les capteurs sont collés ou rapportés sur la surface externe de la structure
d'une pièce.
Par ailleurs, cet agencement des capteurs permet d'éliminer les
problèmes de collage défectueux et les fausses informations qui risqueraient
d'en découler. En effet, dans un ensemble de surveillance de l'art antérieur
où les capteurs sont collés sur la surface externe de la structure d'une
pièce,
il est parfois difficile de discriminer les signaux émis par un capteur
détectant
un collage défectueux sur la structure par rapport à des signaux émis par un
capteur détectant un défaut apparu dans la structure.
Ainsi, un tel ensemble de surveillance peut être rapidement
installé sur la structure ou nacelle à surveiller et il permet de détecter
l'éventuelle apparition d'un défaut structurel, à l'intérieur de la structure
d'une
nacelle. De plus, un tel ensemble de surveillance a un fonctionnement fiable
et une durée de service élevée, car les capteurs sont robustes et sans fil.
Dans la présente demande, les verbes relier , transmettre
et leurs dérivés se rapportent à la transmission de signaux par ondes
électromagnétiques, sans fil conducteur et au moyen d'un lien direct ou

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indirect, c'est-à-dire par l'intermédiaire d'aucun, d'un ou de plusieurs
composant(s).
Selon un mode de réalisation, un seuil de détection est appliqué
sur le module de la fonction de transfert courante mesuré à une fréquence de
résonance.
Ainsi, un tel un seuil de détection en amplitude ou en module
permet de déterminer la taille d'un défaut structurel.
Selon un mode de réalisation, un seuil de détection est appliqué
sur le nombre et/ou sur la(les) valeur(s) de(s) fréquence(s) de résonance de
la fonction de transfert courante par rapport à la fonction de transfert
nominale.
Ainsi, un tel un seuil de détection en fréquence permet de
déterminer la position d'un défaut structurel dans la structure, notamment en
exploitant les signaux générés par plusieurs capteurs voisins formant une
sorte de réseau.
Selon un mode de réalisation, chaque seuil de détection
respectif est fixé de manière absolue, de préférence à partir de la fonction
de
transfert nominale.
Ainsi, un tel seuil de détection absolu permet de déterminer la
présence d'un défaut structurel sur la base des signaux transmis par un seul
capteur, après avoir le cas échéant réalisé des corrélations avec les capteurs

voisins de façon à supprimer des bruits blancs et/ou de fausses informations.
Selon un mode de réalisation, chaque seuil de détection
respectif est fixé de manière relative, l'unité de calcul comparant une
fonction
de transfert courante résultant des signaux d'un capteur avec au moins une
fonction de transfert courante résultant des signaux d'au moins un capteur
distinct.
Ainsi, un tel un seuil de détection relatif permet de recouper les
mesures effectuées par plusieurs capteurs, donc de détecter un défaut
structurel de taille relativement petite.
Selon un mode de réalisation, l'ensemble de surveillance
comprend plusieurs unités de calcul, chaque unité de calcul étant incorporée
dans un capteur respectif.
Ainsi, de telles unités de calcul permettent de transformer en
signaux normés (déplacement, vibration et chocs...) les contraintes qui sont
générées essentiellement en déplacement. Des filtrages peuvent en outre

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être réalisés préalablement pour extraire le signal correspondant réellement à

un défaut structurel et s'affranchir des contraintes récurrentes liées au
profil
nominal de vibration de la nacelle d'aéronef.
Selon un mode de réalisation, un ensemble de surveillance
5 selon l'invention comprend une unité de calcul agencée à distance des
capteurs et adaptée pour recevoir lesdits signaux de chaque capteur.
Ainsi, une telle unité de calcul permet de récupérer par liaisons
radiofréquences les signaux normés, ce qui permet de corréler les différentes
données, d'authentifier le défaut structurel et d'en déduire sa localisation
ou
position. Une condensation de ces informations peut alors être réalisée puis
transmise à un outil de diagnostic et de maintenance sol ou à une unité de
maintenance embarquée dans l'aéronef.
Selon un mode de réalisation, un ensemble de surveillance
selon l'invention comprend en outre des organes de transmission adaptés
chacun pour recevoir lesdits signaux d'un capteur respectif et pour les
transmettre à une unité de calcul respective, les organes de transmission
étant formés par des composants d'identification par radiofréquence
embarqués sur l'aéronef.
Ainsi, de tels organes de transmission facilitent la transmission à
une unité de calcul des signaux émis par les capteurs ; de tels organes de
transmission sont déjà implantés sur l'aéronef, ce qui limite les coûts
d'installation d'un ensemble de surveillance conforme à l'invention. Dans ce
mode aussi, des informations condensées peuvent être transmises à une
unité de maintenance embarquée dans l'aéronef.
Selon un mode de réalisation, chaque capteur émet lesdits
signaux avec une intensité supérieure à l'atténuation réalisée par la
structure.
Ainsi, de tels capteurs assurent une transmission intégrale des
signaux à l'unité de calcul.
Selon un mode de réalisation, chaque capteur est de type passif
et composé de silicium, chaque capteur comportant de préférence des
moyens mécaniques de comptage.
Ainsi, un tel capteur est particulièrement compact et peu
coûteux.
Selon un mode de réalisation, chaque capteur est intégré ou
noyé dans la structure.

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En d'autres termes, chaque capteur est directement intégré à la
structure sandwich. Par exemple, chaque capteur peut être intégré ou noyé
dans la matrice (généralement une résine) du matériau composite composant
la structure sandwich.
Comme les capteurs MEMS sont agencés de façon à générer
des signaux représentatifs au moins d'une amplitude et/ou d'une fréquence
de vibrations produites à l'intérieur de la structure sandwich, les capteurs
MEMS permettent de surveiller la structure sandwich dans son épaisseur, ce
qui n'est pas possible dans un ensemble de surveillance de l'art antérieur où
les capteurs sont collés ou rapportés sur la surface externe de la structure
d'une pièce.
Par ailleurs, cet agencement des capteurs permet d'éliminer les
problèmes de collage défectueux et les fausses informations qui risqueraient
d'en découler. En effet, dans un ensemble de surveillance de l'art antérieur
où les capteurs sont collés sur la surface externe de la structure d'une
pièce,
il est parfois difficile de discriminer les signaux émis par un capteur
détectant
un collage défectueux sur la structure par rapport à des signaux émis par un
capteur détectant un défaut apparu dans la structure.
Ainsi, de tels capteurs peuvent être solidarisés de manière aisée
et durable à la structure.
Selon un mode de réalisation, les capteurs sont répartis en
plusieurs points de la structure, de façon à surveiller la majeure partie de
la
structure.
Ainsi, la répartition des capteurs permet de couvrir toute la
structure à surveiller.
Selon un mode de réalisation, plusieurs capteurs sont agencés
pour mesurer des vibrations produites entre deux strates distinctes lorsque la

nacelle d'aéronef est en service.
Ainsi, de capteurs positionnés à l'interface entre deux strates de
la structure permettent de détecter un éventuel décollement entre ces deux
strates.
Selon une variante, la densité de capteurs est supérieure dans
les régions de la structure qui sont destinées à subir le plus de contraintes
mécaniques. Ainsi, de telles régions sont surveillées de manière plus sûre.
Selon une variante de l'invention, chaque capteur MEMS est
équipé d'un micro-accumulateur électrique pour stocker une partie de

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l'énergie électrique que produit ce capteur MEMS. Ainsi, l'autonomie de tels
capteurs MEMS est augmentée.
Par ailleurs, la présente invention a pour objet un procédé de
surveillance, pour détecter des défauts structurels pouvant apparaître dans
une nacelle d'aéronef en service, au moins une partie de la nacelle d'aéronef
étant formée par une structure sandwich en matériau composite avec au
moins deux strates distinctes, le procédé de surveillance étant caractérisé en

ce qu'il comprend les étapes :
- actionner plusieurs capteurs agencés de façon à générer
des signaux représentatifs au moins d'une amplitude et/ou
d'une fréquence de vibrations produites dans la structure
lorsque la nacelle d'aéronef est en service ;
- émettre, au moyen de chaque capteur, lesdits signaux par
ondes électromagnétiques, par exemple par
radiofréquence, chaque capteur étant formé par un
microsystème électromécanique (MEMS) comprenant des
moyens pour convertir en énergie électrique une énergie
mécanique, telle que l'énergie d'un choc ou de
vibrations ; et
- évaluer, au moyen
d'au moins une unité de calcul, les
différences existant entre une fonction de transfert courante
résultant desdits signaux et une fonction de transfert
nominale prédéterminée ;
- opérer, au moyen de la ou de chaque unité de calcul, une
comparaison entre chacune desdites différences et un seuil
de détection respectif ; et
- à partir de ladite comparaison, estimer ou évaluer la taille
et/ou la position dudit défaut structurel dans la structure.
Ainsi, un tel procédé permet de détecter l'éventuelle apparition
d'un défaut structurel, de manière fiable.
Suivant un procédé conforme à l'invention, une unité de calcul
prédétermine une fonction de transfert nominale. A cet effet, cette unité de
calcul sélectionne des paramètres d'entrées, notamment des paramètres
physiques, puis élabore une représentation ou un modèle mathématique
normé(e), la fonction de transfert, qui est adapté(e) à la nacelle à
surveiller.
L'unité de calcul compare ensuite cette représentation mathématique à des

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seuils définis suivant cette même norme, ce qui permet de détecter
l'apparition de défauts structurels.
Selon un mode de réalisation, un procédé de surveillance
comprend en outre une étape consistant à prédéterminer, au niveau de
chaque capteur, une fonction de transfert nominale dans l'état initial de la
structure avant mise en service de la nacelle d'aéronef.
Ainsi, le procédé de surveillance enregistre une signature de
la structure saine, c'est-à-dire avant l'apparition d'un défaut structurel.
La présente invention sera bien comprise et ses avantages
ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée
uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins
annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une
partie d'une nacelle d'aéronef associée à un ensemble de
surveillance conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective de
composants de l'ensemble de surveillance de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en coupe d'une structure suivant le
plan médiateur III à la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 et illustrant un
défaut structurel dans la nacelle d'aéronef de la figure 1 ;
- la figure 5 est un diagramme illustrant une étape initiale
d'un procédé de surveillance conforme à l'invention et
réalisant un signal émis par l'ensemble de surveillance
avant la mise en service de la nacelle d'aéronef de la
figure 1 ;
- la figure 6 est un diagramme similaire à la figure 5 illustrant
une étape ultérieure du procédé de surveillance conforme à
l'invention et réalisant un signal émis par l'ensemble de
surveillance après la mise en service de la nacelle
d'aéronef et l'apparition du défaut structurel illustré à la
figure 4 ; et
- la figure 7 est un diagramme similaire à la figure 6 illustrant
une autre étape ultérieure du procédé de surveillance
conforme à l'invention et réalisant un autre signal émis par
l'ensemble de surveillance après la mise en service de la

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nacelle d'aéronef et l'apparition du défaut structurel illustré
à la figure 4.
La figure 1 illustre une nacelle d'aéronef 1 qui forme un
logement tubulaire pour un turboréacteur non représenté. La nacelle
d'aéronef 1 a notamment pour fonction de canaliser les flux d'air générés par
le turboréacteur. La nacelle 1 est globalement située sous une aile 2 de
l'aéronef. Un mât 3 lie la nacelle 1 à l'aile 2.
La nacelle 1 comprend une section amont formant une entrée
d'air 4, une section médiane 5 entourant une soufflante non représentée, et
une section aval 6 entourant le turboréacteur et abritant un système
d'inversion de poussée non représenté. L'entrée d'air 4 a notamment pour
fonction de diriger vers le turboréacteur l'air pour alimenter la soufflante
et
des compresseurs internes du turboréacteur.
Au moins une partie de la nacelle 1 est formée par une
structure 10 réalisée par un sandwich en matériau composite avec plusieurs
strates distinctes, dont deux portent les références 10.1 et 10.2 à la figure
3.
Dans l'exemple des figures, l'entrée d'air 4, la section médiane 5 et la
section
aval 6 comprennent chacune une partie de la structure 10. Dans la présente
demande, le terme structure désigne globalement un ou plusieurs
composant(s) agencé(s) pour conférer une résistance mécanique à la nacelle
d'aéronef.
Pour détecter des défauts structurels pouvant apparaître dans la
nacelle 1 en service, la structure 10 est équipée d'une partie d'un ensemble
de surveillance 11, lequel opère par contrôle non destructif et comprend en
particulier de deux ceintures de capteurs 12.
Comme le montre la figure 2, chaque ceinture de capteurs 12
est représentée en pointillés à la figure 1, car elle est intégrée dans la
structure 10 sans apparaître à la surface externe de la nacelle 1. Chaque
ceinture de capteurs 12 comprend un ruban 13 et plusieurs capteurs 14. Les
capteurs 14 sont répartis en plusieurs points de la structure 10, de façon à
surveiller la majeure partie de la structure 10.
Chaque capteur 14 est formé par un microsystème
électromécanique (usuellement désignés par l'acronyme anglais MEMS)
comprenant des moyens pour convertir en énergie électrique une énergie
mécanique, telle que l'énergie d'un choc ou de vibrations subis par la
nacelle 1 en service. Chaque capteur 14 est de type passif et comporte de

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préférence des moyens mécaniques de comptage. Par exemple, chaque
capteur 14 peut être formé par un capteur ChronoMEMS produit par la
société SilMach.
Comme le montre la figure 3, les capteurs 14 sont collés sur une
5 face externe de la strate 10.1 de la structure 10, puis recouverts par
une autre
strate. Les capteurs 14 sont ainsi intégrés à l'intérieur de la structure 10.
Alternativement, ces capteurs peuvent être directement intégrés ou noyés
dans une strate, par exemple dans la matrice (résine) d'un matériau
composite composant tout ou partie de la structure 10. Les capteurs 14 sont
10 agencés de façon à générer des signaux représentatifs au moins d'une
amplitude et/ou d'une fréquence de vibrations produites dans la structure 10
lorsque la nacelle 1 est en service.
La répartition et la densité des capteurs 14 dépendent du type
de défaut structurel à détecter en priorité, car chaque défaut structurel
génère
une énergie qui lui est spécifique. Par exemple, des capteurs 14 peuvent être
placés près des régions les plus soumises aux contraintes mécaniques, ou la
densité de capteurs peut être augmentée autour de ces régions.
Chaque capteur 14 est adapté pour émettre ces signaux
représentatifs par ondes électromagnétiques, par exemple par
radiofréquence.
En pratique, un capteur 14 comprend, d'une part, un organe de
mesure de type MEMS, non représenté, pour générer ces signaux
représentatifs et, d'autre part, un organe émetteur de type MEMS, non
représenté, pour émettre ces signaux représentatifs générés par l'organe
d'émission.
La figure 5 illustre des signaux représentatifs des vibrations
produites en un point donné de la structure 10 qui est situé près de
l'interface
entre les strates 10.1 et 10.2. Ces signaux sont générés par un capteur 14 dit

proximal car situé près de ce point. La figure 5 est un diagramme montrant la
variation d'un module H(f) ou amplitude d'une fonction de transfert en
fonction
de la fréquence f des vibrations.
La courbe illustrée à la figure 5 représente une fonction de
transfert nominale, c'est-à-dire prédéterminée avant la mise en service de la
nacelle 1, lorsque la structure 10 est exempte de défauts. La fonction de
transfert ou spectre fréquentiel de ces signaux présente une fréquence de
résonance f0 avec une amplitude HO.

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Comme le montre la figure 1, l'ensemble de surveillance 11
comprend en outre une unité de calcul 15 qui a notamment pour fonction
d'analyser ces signaux représentatifs, en particulier leurs spectres, dans le
but de détecter l'apparition d'un défaut structurel dans la nacelle 1.
L'unité de calcul 15 est agencée à distance des capteurs 14 et
elle est adaptée pour recevoir ces signaux de chaque capteur 14. Pour cet
agencement, chaque capteur 14 émet ses signaux avec une intensité
supérieure à l'atténuation réalisée par la structure 10.
La figure 4 illustre un défaut structurel 10.3 apparu entre les
strates 10.1 et 10.2. Le défaut structurel 10.3 correspond ici à un
décollement
local des strates 10.1 et 10.2. Plusieurs capteurs 14 sont agencés pour
mesurer des vibrations produites entre les strates 10.1 et 10.2 lorsque la
nacelle 1 est en service.
Après apparition du défaut 10.3, la figure 6 illustre des signaux
représentatifs des vibrations produites au point donné précité. Ces signaux
sont générés par le capteur proximal 14. La fonction de transfert courante
issue de ces signaux présente encore la fréquence de résonance f0 mais
avec une amplitude H1 qui est supérieure à l'amplitude HO.
Dans la présente demande, le terme courante qualifie une
variable qui est mesurée à un instant donné en cours de service de la
nacelle 1. Ce terme courante correspond donc à l'adjectif instantanée .

Après l'apparition d'un défaut structurel 10.3, lorsque la
structure 10 est naturellement excitée à une amplitude HO et que
l'amplitude H1 du signal à la fréquence de résonance f0 passe au multiple du
gain par l'amplitude HO, la présence d'un défaut structurel 10.3 est détectée
en un point donné, ce qui donne la position de ce défaut structurel 10.3.
L'unité de calcul 15 est adaptée pour évaluer les différences
existant entre la fonction de transfert courante (fig.6) résultant des signaux

courants et une fonction de transfert nominale prédéterminée (fig.5). Dans
l'exemple des figures 5 et 6, une telle différence correspond à l'écart entre
les
amplitudes H1 et HO.
De plus, l'unité de calcul 15 est adaptée pour opérer une
comparaison entre chacune desdites différences et un seuil de détection
respectif. Dans l'exemple des figures 5 et 6, seul un seuil de détection HD
est
appliqué, en l'occurrence sur le module de la fonction de transfert courante
(fig.6) mesuré à une fréquence de résonance f0.

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Le seuil de détection HD est fixé préalablement à une valeur
supérieure à l'amplitude HO, par exemple à 120% de HO. En d'autres termes,
le seuil de détection HD est fixé de manière absolue à partir de la fonction
de
transfert nominale (fig.5). La comparaison opérée par l'unité de calcul 15
établit que l'amplitude H1 est supérieure au seuil de détection HD.
A partir de cette comparaison, l'unité de calcul 15 peut signaler
la présence du défaut structurel 10.3 près du point précité. En d'autres
termes, l'unité de calcul 15 est adaptée pour estimer ou évaluer la position
du
défaut structurel dans la structure 10.
La fréquence de balayage par chaque capteur est fixée de sorte
que le phénomène physique à observer soit au minimum supérieur à deux
fois la fréquence physique, pour permettre d'exploiter aisément
l'échantillonage. La vitesse de balayage est adaptée à la fréquence de
balayage.
La figure 7 illustre une autre comparaison opérée par l'unité de
calcul 15, à partir des signaux générés par un autre capteur 14 : un seuil de
détection est appliqué sur le nombre et/ou sur la valeur des fréquences de
résonance f0 et f1 de la fonction de transfert courante (fig.7) par rapport à
la
fonction de transfert nominale (fig.5).
En pratique, l'algorithme et les seuils de détection sont
déterminés en fonction du type de défauts structurels à surveiller en
priorité.
En service, un procédé de surveillance pour détecter un défaut
structurel 10.3 pouvant apparaître dans la nacelle 1 en service comprend les
étapes :
- actionner plusieurs
capteurs 14 agencés de façon à
générer des signaux représentatifs au moins d'une
amplitude et/ou d'une fréquence de vibrations produites
dans la structure 10 lorsque la nacelle 1 est en service ;
- émettre, au moyen de chaque capteur 14, lesdits signaux
par ondes électromagnétiques, par exemple par
radiofréquence ; et
- évaluer, au moyen d'au moins une unité de calcul 15, les
différences existant entre une fonction de transfert courante
(fig.6 ; fig.7) résultant desdits signaux et une fonction de
transfert nominale prédéterminée (fig.5) ;

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- opérer, au moyen de l'unité de calcul 15, une comparaison
entre chacune desdites différences et un seuil de
détection HD ; et
- à partir de ladite comparaison, estimer ou évaluer la taille
et/ou la position du défaut structurel 10.3 dans la
structure 10.
Le procédé de surveillance peut en outre comprendre une étape
consistant à prédéterminer, au niveau de chaque capteur 14, une fonction de
transfert nominale (fig.5) dans l'état initial de la structure 10 avant mise
en
service de la nacelle 1.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais facultatives de
l'invention, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement
possible :
- Au lieu d'une seule unité de calcul, l'ensemble de
surveillance comprend plusieurs unités de calcul, chaque
unité de calcul étant incorporée dans ou associé à un capteur
respectif.
- L'ensemble de surveillance comprend en outre des organes
de transmission adaptés chacun pour recevoir lesdits
signaux d'un capteur respectif et pour les transmettre à une
unité de calcul respective, les organes de transmission étant
formés par des composants d'identification par
radiofréquence, par exemple suivant la technologie dite
RFID, qui sont déjà existants et embarqués sur l'aéronef. De
tels organes de transmission peuvent être des composants
distincts des capteurs, tandis que dans l'exemple des figures,
un organe de transmission est intégré à chaque capteur
respectif.
- Chaque seuil de détection respectif est fixé de manière
relative plutôt qu'absolue. Dans ce cas, l'unité de calcul
compare une fonction de transfert courante résultant des
signaux d'un capteur avec au moins une fonction de transfert
courante résultant des signaux d'au moins un capteur
distinct.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
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(86) PCT Filing Date 2012-04-12
(87) PCT Publication Date 2012-11-08
(85) National Entry 2013-10-30
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Application Fee $400.00 2013-10-30
Maintenance Fee - Application - New Act 2 2014-04-14 $100.00 2013-10-30
Maintenance Fee - Application - New Act 3 2015-04-13 $100.00 2015-03-26
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Abstract 2013-10-30 2 91
Claims 2013-10-30 4 141
Drawings 2013-10-30 2 32
Description 2013-10-30 13 633
Representative Drawing 2013-10-30 1 15
Cover Page 2013-12-16 1 48
PCT 2013-10-30 11 402
Assignment 2013-10-30 5 175