Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Description
DISPOSITIF DE SURVEILLANCE D'UN EQUIPEMENT AERONAUTIQUE
Domaine technique
[0001] L'invention a trait à un dispositif de surveillance d'un équipement
aéronautique, plus particulièrement à un dispositif de surveillance d'un
équipement destiné à être disposé sur l'équipement en question.
L'invention a trait également à un équipement avionique pourvu dudit
dispositif de surveillance.
Technique antérieure
[0002] Dans de nombreux domaines techniques, notamment des domaines où
des êtres humains interagissent avec du matériel technique complexe
susceptible de porter atteinte à leur sécurité, comme notamment les
activités de transport des personnes, mais plus particulièrement encore le
domaine aéronautique, la maintenance du matériel technique en question
a un impact direct sur la sécurité des personnes. Le matériel aéronautique
comprend de nombreux équipements susceptibles de défaillance et
requérants par conséquent une maintenance spécifique. Les fréquences
de maintenance de ces différents équipements varient en fonction de
divers paramètres d'utilisation. Il est donc utile de pouvoir mesurer ces
paramètres de vie et d'utilisation des équipements afin de pouvoir assurer
une maintenance optimale et garantissant la sécurité des personnes.
[0003] Le document de brevet US 2003/0083794 Al divulgue un système de
diagnostic d'équipements avioniques, comprenant essentiellement une
série de capteurs disposés sur ou à proximité des équipements avioniques
et aptes à mesurer différents paramètres de fonctionnement des
équipements en question, et un récepteur commun apte à communiquer
avec les capteurs et à recevoir les données relatives aux paramètres de
fonctionnement mesurées par les capteurs, et ce dans un objectif de
diagnostic et de maintenance des équipements. Les capteurs
comprennent une source d'énergie électrique, un circuit imprimé du type
microcontrôleur et un émetteur/récepteur. Le récepteur comprend
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essentiellement une émetteur/récepteur apte à communiquer avec les
capteurs, un afficheur, des moyens de contrôle et un microcontrôleur. Les
capteurs peuvent être du type passif, c'est-à-dire travaillant sans source
d'énergie propre. Ils sont alors alimentés électriquement par l'énergie
reçue du signal d'interrogation émis par le récepteur. Le système de
diagnostic divulgué dans ce document est particulièrement indiqué pour
procéder à des vérifications ponctuelles de différents équipements comme
par exemple l'état de fonctionnement de ces équipements avant un
décollage. La surveillance assurée par les capteurs se limite
essentiellement à l'état de fonctionnement de l'équipement afin de
détecter les défaillances de fonctionnement. Les paramètres usuellement
surveillés sont notamment les vibrations, des pressions, des niveaux de
liquide, etc. Cet enseignement ne prévoit pas véritablement de fonction de
surveillance des conditions de fonctionnement des équipements dans une
optique de suivi de leur historique tout au long de leur vie.
[0004] Le document de brevet WO 2005/111949 A 1 divulgue un dispositif de
surveillance de fonctionnement d'un équipement avionique. Le dispositif
est disposé à proximité de l'équipement et comprend un processeur, une
mémoire, une interface de liaison avec différents capteurs disposés à
divers endroits de l'équipement et une interface de communication avec
l'extérieur. Le dispositif est prévu pour collecter les données des différents
capteurs lors d'une procédure de test et pour comparer les mesures
obtenues en temps réel lors du fonctionnement opérationnel de l'avion
avec ces mesures tests dites de référence, et ce afin de pouvoir
déterminer la nécessité d'une maintenance dudit équipement. L'exemple
d'équipement sujet à surveillance est un démarreur de turbine à air et les
paramètres de fonctionnement qui sont mesurés sont notamment le
couple, la vitesse, les vibrations, la déformation en flexion et la
déformation en torsion. La mémoire du dispositif de surveillance stocke les
données des différents points de mesure ou équipements, ces données
étant mesurées en temps réel, dans sa mémoire. Le dispositif de
surveillance est en principe un accessoire externe à l'équipement mais
peut également être intégré à l'équipement en question. Bien que le
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dispositif soit équipé d'une mémoire, il n'en reste pas moins qu'il est
essentiellement destiné à traiter les données mesurées en temps réel et à
produire un rapport ou une analyse de maintenance et également une
analyse logistique relative aux pièces nécessaires pour la maintenance en
question. Cet enseignement n'aborde pas la problématique de capacité
mémoire en vue de conservation d'un historique de l'équipement.
[0005] Le document de brevet FR 2 909 792 Al aborde la problématique de
maintenance d'équipements avioniques et divulgue la présence d'un
dispositif de surveillance avec mémoire et embarqué sur un équipement
du type LRU (Line Replaceable Unit), se concentrant sur la centralisation
de la surveillance, sans vraiment détailler d'avantage le dispositif en soi.
[0006] Actuellement, l'historique des équipements (en particulier les LRU) est
tracé manuellement et le niveau de détail est laissé à la discrétion de la
compagnie. Il est donc souvent difficile de tracer la vie de l'équipement qui
peut avoir été placé sur différents avions/moteurs. Et donc lors d'une
maintenance, il est difficile pour la compagnie de juger de la pertinence de
renvoyer cet équipement pour inspection et réparation. Il est encore plus
difficile pour la compagnie de maintenance de connaître le passé de
l'équipement exigeant le démontage complet de l'équipement avant de
pouvoir statuer sur les pièces à approvisionner pour le réparer et
empêchant ainsi toute optimisation de la gestion des stocks.
L'enregistrement des paramètres de la vie de l'équipement permettront
une gestion coordonnée de la maintenance et une réduction de coût.
[0007] L'enregistrement des paramètres de la vie de l'équipement permettront
également d'optimiser le design des futures générations d'équipements.
Les informations lacunaires sur le vécu de l'équipement ne permettent pas
à son concepteur de tirer tout le fruit du retour d'expérience de la
maintenance. L'enregistrement des paramètres de la vie de l'équipement
permettront de remplir des bases de données statistiques et donc de
quantifier les taux de fiabilité réels ainsi que d'identifier et de quantifier
les
causes des réparations à effectuer sur l'équipement et d'en améliorer le
design des futures générations.
Résumé de l'invention
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[0008] L'invention a pour objectif de proposer un dispositif de surveillance
d'un
équipement aéronautique palliant au moins un des inconvénients sus
mentionnés, plus particulièrement un dispositif de surveillance d'un
équipement aéronautique permettant de retracer l'historique de
l'équipement sur une durée donnée ou un nombre de cycles donné et
notamment durant la durée de vie (typiquement de 50.000 heures ou
50.000 cycles), et particulièrement adapté à être intégré audit équipement.
[0009] L'invention a pour objet un dispositif de surveillance d'un équipement
aéronautique destiné à être embarqué sur ledit équipement, comprenant :
une source d'énergie électrique ; au moins un capteur apte à mesurer un
paramètre de fonctionnement dudit équipement ; un microcontrôleur ; une
mémoire apte à stocker les valeurs mesurées par ledit capteur;
remarquable en ce que ledit dispositif est configuré pour être mis
automatiquement en fonction uniquement en présence d'un ou plusieurs
paramètres représentatifs du fonctionnement dudit équipement. Le
dispositif est également configuré pour être automatiquement mis hors
fonction en l'absence du ou desdits paramètres, et ce durant une période
prédéterminée.
[0010] La source d'énergie est préférentiellement électrique. Elle est
préférentiellement de capacité suffisante pour le fonctionnement du
dispositif.
[0011] Préférentiellement, la mise automatique en fonction du dispositif de
surveillance, son fonctionnement et/ou sa mise hors fonction, ont lieu en
l'absence de liaison électrique avec l'extérieur du dispositif.
[0012] Ces mesures remarquables permettent d'assurer une fonction dite
mouchard avec une mémoire et une source d'énergie limitées, c'est-à-
dire avec des moyens de faible coût et encombrement. De plus, elles
permettent également de déterminer la longueur des cycles et le nombre
d'heures cumulées de service de l'équipement.
[0013] Avantageusement, le ou les paramètres représentatifs du fonctionnement
de l'équipement comprennent la température et/ou les vibrations. En effet,
ces paramètres sont particulièrement représentatifs du fonctionnement
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des équipements, et plus particulièrement du niveau de charge de leur
fonctionnement.
[0014] Avantageusement, le dispositif comprend un capteur de vibration servant
de paramètre de mise en fonction du dispositif. Dans ce cas, à titre
d'exemple, le dispositif sera mis en fonction lorsque l'équipement sera
soumis à un niveau de vibration correspondant à un fonctionnement sous
une charge au-delà d'un niveau déterminé. Le seuil de déclenchement en
vibration pourra être au niveau de l'amplitude mesurée, au niveau des
fréquences ou encore au niveau d'une combinaison des deux.
[0015] Avantageusement, le capteur de vibration est configuré pour détecter au
moins une plage de fréquence déterminée. Cela est intéressant lorsque
cette plage de fréquence correspond par exemple à un régime dit ralenti
ou idle de l'équipement, car cela permet de déterminer chaque cycle
de fonctionnement.
[0016] Avantageusement, le dispositif comprend un capteur de température
servant de paramètre de mise en fonction du dispositif.
[0017] Avantageusement, la source d'énergie comprend un thermo-générateur.
Un tel générateur permet au dispositif d'être autonome. Il sera alors
alimenté en courant notamment lorsqu'il sera susceptible d'être mis en
fonction.
[0018] Avantageusement, le thermo-générateur assure la mise en fonction du
dispositif sur base d'un paramètre de température. Il s'agit d'une
configuration simple et efficace du dispositif. Le fait d'atteindre un niveau
de température donné au niveau de l'emplacement du dispositif sur
l'équipement va alors assurer l'alimentation électrique nécessaire et la
mise en fonction.
[0019] Avantageusement, le dispositif comprend un capteur de vibration
assurant
la mise en fonction du dispositif sur base d'un paramètre de vibration.
[0020] Avantageusement, la source d'énergie comprend, en outre, un générateur
piézo-électrique.
[0021] Avantageusement, le dispositif comprend des connecteurs destinés à
permettre un transfert d'information stockée dans la mémoire vers un
appareil externe.
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[0022] Avantageusement, le dispositif est passif d'un point de vue émission
d'onde. Cette mesure est particulièrement intéressante dans la mesure où
le dispositif est destiné à rester sur l'équipement tout au long de sa vie. La
passivité du dispositif permettra d'éviter d'éventuels problèmes de
compatibilité électromagnétique avec l'environnement de l'équipement, sur
l'aéronef et/ou à terre.
[0023] Avantageusement, le dispositif comprend un support logeant les
composants dudit dispositif.
[0024] Avantageusement, le support comprend une partie apparente métallique
destinée à recevoir une plaquette d'identification du dispositif et/ou de
l'équipement. Alternativement, l'identification est présente directement sur
le support, comme par exemple par gravure.
[0025] Avantageusement, le support comprend une face de montage sur
l'équipement, ladite face étant métallique et supportant directement le
capteur apte à mesurer un paramètre de fonctionnement dudit
équipement, ledit capteur étant sélectionné parmi des capteurs de
température et de vibration. Le support métallique assure une
transmission optimale des vibrations et de la chaleur.
[0026] L'invention a pour objet également un équipement avionique comprenant
un dispositif tel que défini précédemment.
[0027] Avantageusement, l'équipement avionique présente au moins une
fréquence propre, et le dispositif de surveillance comprend un capteur de
vibration apte à détecter une plage de fréquence comprenant ladite
fréquence propre dudit équipement. Le capteur sera ainsi configuré pour
détecter un cycle de fonctionnement de l'équipement lorsqu'une amplitude
suffisante sera atteinte.
Brève description des dessins
[0028] La figure 1 est une illustration simplifiée d'une turbomachine axiale
double
flux et pourvue d'un équipement de lubrification sujet à surveillance selon
l'invention.
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[0029] La figure 2 est une illustration schématique de l'équipement de
lubrification
de la turbomachine de la figure 1 et pourvu d'un dispositif de surveillance
conforme à l'invention.
[0030] La figure 3 est une vue agrandie du dispositif de surveillance de la
figure 2
et conforme à l'invention.
[0031] La figure 4 est une illustration de l'architecture du dispositif de
surveillance
conforme à l'invention.
Description des modes de réalisation
[0032] La description qui va suivre est un exemple de réalisation de
l'invention
appliqué à un système de lubrification d'une turbomachine double-flux du
type moteur d'avion. Il est bien entendu que cette application est purement
exemplative et que l'invention peut être appliquée à d'autres équipements
d'un tel moteur ainsi qu'à divers équipements aéronautiques indépendants
du moteur tels que, par exemple, des systèmes hydrauliques de
commande d'éléments d'un aéronef.
[0033] La figure 1 illustre une turbomachine double-flux du type moteur
d'avion 2
bien connu de l'homme de métier. Ce moteur d'avion 2 est pourvu d'une
série d'équipements dont notamment un équipement de lubrification 4. En
effet, le moteur d'avion comprend un rotor tournant autour de l'axe X-X au
moyen de paliers subissant des charges plus ou moins importantes et
nécessitant une lubrification et éventuellement également un
refroidissement.
[0034] L'équipement de lubrification 4 comprend typiquement un réservoir
d'huile
8 et unité 10 de gestion de l'huile de l'équipement comprenant, entre
autres, une pompe 12, des moyens de filtration et de régulation de
pression de sortie, un connecteur de sortie d'huile, un connecteur de
retour d'huile et un séparateur air/huile.
[0035] Un dispositif de surveillance 6 conforme à l'invention est disposé sur
une
paroi extérieure de l'équipement, plus particulièrement une paroi de l'unité
de gestion de l'huile de l'équipement. Cette paroi permet de récolter un
bon nombre d'informations relatives au fonctionnement de l'équipement,
comme notamment sa température de fonctionnement et les vibrations qui
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y règnent. En fonction des différents régimes moteurs, la pompe et les
autres composants sont en effet soumis à des régimes de fonctionnement
ainsi que des contraintes de températures et de vibrations variables.
[0036] La figure 3 est une vue agrandie du dispositif de surveillance 6. Il
est de
forme généralement parallélépipédique et de très petite taille, typiquement
de l'ordre d'un ou plusieurs centimètres de côté et de quelques millimètres
d'épaisseur. Il comprend préférentiellement un support 20 servant de
logement ou de boîtier à ses composants. Le support comprend une
surface extérieure 16 recouverte majoritairement voire totalement par une
plaquette d'identification 18 de l'équipement. De cette façon, le dispositif
de surveillance est intimement associé à l'équipement et identifiable au
moyen de l'identification de l'équipement.
[0037] Un exemple d'architecture du dispositif de surveillance 6 des figures 2
et 3
est illustré à la figure 4. Il comprend à l'intérieur du support 20 au moins
un
capteur 28 apte à mesurer un paramètre de fonctionnement de
l'équipement. Ce ou ces capteurs 28 peuvent prendre diverses formes et
être de diverses origines. Typiquement, le dispositif comprend un capteur
de vibration et/ou un capteur de températures. En effet, ces deux
paramètres font partie des paramètres les plus représentatifs du
fonctionnement de nombreux équipements aéronautiques.
[0038] Le dispositif de surveillance 6 comprend également un microcontrôleur
22,
une mémoire 24, un générateur d'énergie électrique 26 et une interface de
connexion 30. La source d'énergie électrique 26 permet d'alimenter
électriquement le dispositif, notamment le microcontrôleur 22. La mémoire
24 permet de stocker les données relatives aux paramètres mesurés par
le ou les capteurs 28.
[0039] La source d'énergie électrique peut être du type thermo-générateur. Un
thermo-générateur utilise l'effet thermoélectrique qui est un phénomène
physique présent dans certains matériaux liant le flux de chaleur qui les
traverse au courant électrique qui les parcourt. Cet effet donne la
possibilité de convertir un flux de chaleur en courant électrique et permet
des applications de génération d'électricité à partir de sources de chaleur
perdue. Les systèmes de conversion utilisant l'effet thermoélectrique ont
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cependant des rendements faibles, que ce soit en génération d'électricité
ou en réfrigération. Ce rendement faible permet toutefois d'alimenter très
avantageusement un dispositif de surveillance qui est un très petit
consommateur de d'énergie électrique.
[0040] A titre d'exemple, un module thermo-générateur peut être constitué de
couples connectés électriquement. Chacun des couples est constitué
d'un matériau semi-conducteur de type p et d'un matériau semi-
conducteur de type n. Ces deux matériaux sont joints par un matériau
conducteur dont le pouvoir thermoélectrique est supposé nul. Les deux
branches (p et n) du couple et tous les autres couples composant le
module sont connectés en série électriquement et en parallèle
thermiquement. Cette disposition permet d'optimiser le flux thermique qui
traverse le module et sa résistance électrique. Les porteurs de charge
(électrons et trous) se déplacent de la source froide à la source chaude
(au sens thermodynamique) dans les deux branches de chaque couple.
Le flux de chaleur va alors entraîner un déplacement des porteurs de
charge et donc l'apparition d'un courant électrique.
[0041] Alternativement ou de manière complémentaire, elle peut également être
du type piézo-électrique. Le principe d'un générateur piézoélectrique est
basé sur la piézoélectricité qui est la propriété que possèdent certains
corps de se polariser électriquement sous l'action d'une contrainte
mécanique et réciproquement de se déformer lorsqu'on leur applique un
champ électrique. Dans le cas du générateur piézoélectrique, les
vibrations de l'équipement vont permettre de comprimer et de
décomprimer un ou plusieurs éléments en matériau piézoélectrique et,
partant, de générer, par exemple au moyen d'un circuit de lissage intégré,
une source de courant électrique apte à alimenter ou à co-alimenter avec
le générateur thermoélectrique le dispositif de surveillance.
[0042] Le dispositif est configuré pour être mis automatiquement en fonction
uniquement en présence d'un ou plusieurs paramètres représentatifs du
fonctionnement de l'équipement, comme par exemple une température
minimale ou encore un niveau de vibration prédéterminé. Cette mise en
service ou fonction à la demande permet également de déterminer la
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longueur des cycles et le nombre d'heures cumulées de service de
l'équipement.
[0043] La mise hors service se passe de manière inverse et automatique :
lorsque le ou les paramètres représentatifs du fonctionnement de
l'équipement dépassent ou passent sous une valeur ou des valeurs
prédéterminées, et ce durant un laps de temps prédéfini, le dispositif sera
automatiquement mis hors service.
[0044] A titre d'exemple, le dispositif sera mis en fonction lorsque
l'équipement
sera soumis à un niveau de vibration correspondant à un fonctionnement
à un niveau de charge au-delà d'un niveau déterminé. Le seuil de
déclenchement vibration pourra être au niveau de l'amplitude mesurée, au
niveau des fréquences ou encore une combinaison des deux. Le capteur
de vibration est configuré pour détecter au moins une plage de fréquence
correspondant par exemple à un régime dit ralenti ou idle de
l'équipement, afin de déterminer chaque cycle de fonctionnement.
[0045] L'équipement peut présenter une ou plusieurs fréquences propres
lorsqu'il
est monté sur l'aéronef et en fonctionnement. Ces fréquences propres
peuvent être intrinsèques à l'équipement ou résulter de vibrations
provenant d'autres équipements et transmises à l'équipement en question.
[0046] Préférentiellement, c'est le générateur électrique qui va assurer la
mise en
fonction ou service et la mise hors service du dispositif. Un tel dispositif
sera alors de construction extrêmement simple puisque c'est la mise sous
tension qui va démarrer la mesure du ou des paramètres de
fonctionnement et la mise hors tension qui va stopper la mesure. Les
mesures vont ainsi intrinsèquement contenir, outre des informations
relatives aux charges de fonctionnement de l'équipement, des
informations relatives à la longueur des cycles de fonctionnement et ainsi
le nombre d'heures de fonctionnement cumulées de l'équipement.
[0047] Le générateur, qu'il soit à base thermique, vibratoire ou encore toute
autre
base, peut ainsi être calibré pour ne délivrer une tension ou un courant de
sortie suffisant pour la mise en service du dispositif de surveillance que
lorsque l'équipement est en fonctionnement.
Liste des signes de référence
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2 : turbomachine du type turboréacteur à double flux ;
4 : équipement de lubrification ;
6: dispositif de surveillance de l'équipement ;
8: réservoir d'huile ;
: unité de gestion de l'huile de l'équipement ;
12 : pompe ;
14 : séparateur air/huile ;
16: face du support du dispositif de surveillance de l'équipement destinée à
recevoir la plaquette d'identification ;
18 : plaquette d'identification de l'équipement ;
: support du dispositif de surveillance de l'équipement ;
22 : microcontrôleur ;
24 : mémoire ;
26 : générateur d'énergie électrique ;
28 : capteur de vibration et/ou de température ;
30: interface de connexion.
