FR3132901A1

FR3132901A1 - Method for detecting vibrations coming from a rotating machine of an aircraft.

Info

Publication number: FR3132901A1
Application number: FR2201510A
Authority: FR
Inventors: Thien Phu Vo Hoang; Mathieu VAYSSADE
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2023-08-25

Abstract

Procédé de détection de vibrations issues d’une machine tournante d’un aéronef. Le procédé de détection de vibrations d’une machine tournante (3) d’un aéronef (1) comprend les étapes suivantes : - acquérir (E1) des données de vol de l’aéronef correspondant à un signal mesuré par un capteur embarqué ; - acquérir (E3) une information correspondant à une vitesse de rotation courante de ladite machine tournante (3) ; - réaliser (E5) un filtrage fréquentiel du signal auquel correspondent les données de vol, de façon à conserver une bande de fréquences incluant une fréquence d’intérêt fonction de la vitesse de rotation de ladite machine tournante (3) ; - déterminer (E7) la présence de vibrations induites par la machine tournante lorsqu’une amplitude du signal filtré est supérieure à un seuil prédéterminé d’amplitude pendant au moins une durée prédéterminée ; - transmettre (E8) à un dispositif utilisateur (18), une information de détection de vibrations induites par la machine tournante lorsque la présence de vibrations est déterminée. Figure pour l’abrégé : Fig. 4Method for detecting vibrations coming from a rotating machine of an aircraft. The method for detecting vibrations of a rotating machine (3) of an aircraft (1) comprises the following steps: - acquiring (E1) flight data from the aircraft corresponding to a signal measured by an on-board sensor; - acquire (E3) information corresponding to a current rotation speed of said rotating machine (3); - carry out (E5) a frequency filtering of the signal to which the flight data correspond, so as to maintain a frequency band including a frequency of interest depending on the rotation speed of said rotating machine (3); - determine (E7) the presence of vibrations induced by the rotating machine when an amplitude of the filtered signal is greater than a predetermined amplitude threshold for at least a predetermined duration; - transmit (E8) to a user device (18), information for detecting vibrations induced by the rotating machine when the presence of vibrations is determined. Figure for abstract: Fig. 4

Description

Method for detecting vibrations coming from a rotating machine of an aircraft.

L’invention est relative au domaine de l’aide à la maintenance des aéronefs. Comme représenté sur la , un aéronef 1, en particulier un avion de transport, comporte généralement un fuselage 2 pourvu d’ailes 4, de moteurs de propulsion 3, d’une dérive 5 et de plans stabilisateurs 6. L’aéronef est également pourvu d’un ensemble de gouvernes, non représentées sur la , correspondant par exemple à des volets ou des ailerons équipant les ailes 4, à des gouvernes de profondeur associées aux plans stabilisateurs 6 ou encore à une gouverne de direction associée à la dérive 5. Une gouverne est généralement montée mobile en rotation autour d’un axe grâce à une ligne de charnière comportant un ensemble de rotules et permettant d’articuler ladite gouverne par rapport à un élément structurel de l’aéronef. Des manœuvres répétées de la gouverne au fur et à mesure de l’exploitation de l’aéronef peuvent entraîner, dans certaines circonstances, une usure de pièces mécaniques telles que les rotules. Il en résulte des jeux mécaniques, susceptibles d’entraîner des vibrations de la gouverne lorsque l’aéronef est en vol, notamment lorsque la gouverne est peu chargée aérodynamiquement. Ces vibrations ont une fréquence fixe prédéterminée, caractéristique de la gouverne considérée. Ces vibrations peuvent parfois se propager à la structure de l’aéronef et être ressenties par les passagers et par l’équipage de l’aéronef. De plus, des vibrations à bord de l’aéronef peuvent être issues de sources de vibrations de fréquence fixe prédéterminée autres que des gouvernes. Par exemple, des vibrations peuvent être issues d’une porte passagers de l’aéronef, d’une porte d’une case de train d’atterrissage de l’aéronef, d’un joint d’un carénage de l’aéronef, etc.The invention relates to the field of aircraft maintenance assistance. As shown on the , an aircraft 1, in particular a transport aircraft, generally comprises a fuselage 2 provided with wings 4, propulsion engines 3, a fin 5 and stabilizing planes 6. The aircraft is also provided with a set control surfaces, not shown on the , corresponding for example to flaps or ailerons fitted to the wings 4, to elevators associated with the stabilizing planes 6 or even to a direction rudder associated with the fin 5. A rudder is generally mounted movable in rotation around a axis thanks to a hinge line comprising a set of ball joints and making it possible to articulate said control surface relative to a structural element of the aircraft. Repeated rudder maneuvers as the aircraft is operated can, in certain circumstances, lead to wear of mechanical parts such as ball joints. This results in mechanical play, likely to cause vibrations of the control surface when the aircraft is in flight, particularly when the control surface has little aerodynamic load. These vibrations have a predetermined fixed frequency, characteristic of the control surface considered. These vibrations can sometimes propagate through the aircraft structure and be felt by passengers and aircraft crew. In addition, vibrations on board the aircraft may come from vibration sources of predetermined fixed frequency other than control surfaces. For example, vibrations can come from a passenger door of the aircraft, from a door of a landing gear compartment of the aircraft, from a joint of a fairing of the aircraft, etc. .

L’aéronef comporte également un ensemble de machines tournantes telles notamment que les moteurs de propulsion 3, un générateur auxiliaire de puissance de type APU (« Auxiliary Power Unit » en anglais), des ventilateurs de différents systèmes tels par exemple qu’un système de conditionnement d’air, etc. Ces machines tournantes sont susceptibles de fonctionner avec des vitesses de rotation qui varient pendant l’utilisation de l’aéronef. Par exemple, la vitesse de rotation des moteurs de propulsion varie en fonction de la poussée commandée desdits moteurs pendant les différentes phases de vol de l’aéronef. Le fonctionnement d’une machine tournante induit des vibrations dont la fréquence correspond à la vitesse de rotation de la machine tournante. En l’absence de défaillance de la machine tournante, ces vibrations sont de faible amplitude et elles ne sont généralement pas ressenties par les passagers ou par les membres d’équipage de l’aéronef. Lors d’une défaillance de la machine tournante, celle-ci peut produire des vibrations d’amplitude suffisamment élevée pour que ces vibrations soient transmises au fuselage de l’aéronef et soient ressenties par les passagers ou par les membres d’équipage. Certaines machines tournantes telles que les moteurs de propulsion 3 sont équipées de capteurs locaux de vibrations qui permettent d’identifier l’origine desdites vibrations. Il est ainsi possible d’identifier l’origine de vibrations ressenties par les membres d’équipage lorsque celles-ci sont dues à des vibrations d’une machine tournante dont l’amplitude est supérieure à un seuil d’amplitude prédéterminé (correspondant à une défaillance de la machine tournante). Toutefois, dans certaines phases de vol de l’aéronef, des vibrations de faible amplitude de la machine tournante (amplitude inférieure au seuil d’amplitude prédéterminé) peuvent induire des vibrations d’amplitude amplifiée dans le fuselage ou dans le cockpit de l’aéronef, lesquelles peuvent être ressenties par les membres d’équipage. Cela peut notamment être le cas lorsque la vitesse de rotation de la machine tournante correspond temporairement à une fréquence de résonnance d’un élément mécanique de l’aéronef situé à proximité de la machine tournante. Un tel élément mécanique peut par exemple correspondre à un train d’atterrissage situé à proximité d’un moteur de propulsion de l’aéronef.The aircraft also includes a set of rotating machines such as the propulsion engines 3, an auxiliary power generator of the APU type ("Auxiliary Power Unit" in English), fans of different systems such as for example a air conditioning, etc. These rotating machines are likely to operate with rotation speeds which vary during the use of the aircraft. For example, the rotation speed of the propulsion motors varies as a function of the controlled thrust of said motors during the different flight phases of the aircraft. The operation of a rotating machine induces vibrations whose frequency corresponds to the rotation speed of the rotating machine. In the absence of a failure of the rotating machine, these vibrations are of low amplitude and are generally not felt by the passengers or crew members of the aircraft. During a failure of the rotating machine, it can produce vibrations of sufficiently high amplitude so that these vibrations are transmitted to the fuselage of the aircraft and are felt by passengers or crew members. Certain rotating machines such as propulsion engines 3 are equipped with local vibration sensors which make it possible to identify the origin of said vibrations. It is thus possible to identify the origin of vibrations felt by crew members when these are due to vibrations of a rotating machine whose amplitude is greater than a predetermined amplitude threshold (corresponding to a failure of the rotating machine). However, in certain phases of flight of the aircraft, low amplitude vibrations of the rotating machine (amplitude lower than the predetermined amplitude threshold) can induce vibrations of amplified amplitude in the fuselage or in the cockpit of the aircraft. , which may be felt by crew members. This may in particular be the case when the rotational speed of the rotating machine temporarily corresponds to a resonance frequency of a mechanical element of the aircraft located near the rotating machine. Such a mechanical element can for example correspond to a landing gear located near a propulsion engine of the aircraft.

Lorsque des vibrations sont ressenties par les membres d’équipage lors d’un vol de l’aéronef, les membres d’équipage rédigent un rapport qui est ensuite exploité par un service de maintenance de la compagnie aérienne exploitant l’aéronef afin d’identifier la source des vibrations et de réaliser les opérations de maintenance nécessaires. Lorsque la source de vibrations correspond à une machine tournante produisant des vibrations dont l’amplitude est inférieure au seuil d’amplitude prédéterminée, il est difficile d’identifier cette machine tournante comme étant à l’origine des vibrations ressenties par les membres d’équipage. Des techniciens du service de maintenance peuvent ainsi être amenés à démonter inutilement des gouvernes ou d’autres sources potentielles de vibrations pour rechercher une éventuelle défaillance, alors même que les vibrations issues de la machine tournante correspondent à un fonctionnement normal de l’aéronef. Il peut en résulter une immobilisation plus ou moins longue de l’aéronef, ce qui engendre un coût pour la compagnie aérienne. Il existe par conséquent un besoin pour identifier une situation dans laquelle des vibrations ressenties dans le fuselage ou le cockpit correspondent à des vibrations issues d’une machine tournante. De même, si une machine tournante n’est pas équipée d’un capteur local de vibrations, il est difficile de savoir si cette machine tournante est à l’origine de vibrations ressenties par les membres d’équipage.When vibrations are felt by crew members during a flight of the aircraft, the crew members write a report which is then used by a maintenance department of the airline operating the aircraft in order to identify the source of the vibrations and carry out the necessary maintenance operations. When the source of vibrations corresponds to a rotating machine producing vibrations whose amplitude is less than the predetermined amplitude threshold, it is difficult to identify this rotating machine as being the origin of the vibrations felt by the crew members . Technicians from the maintenance department may thus be required to unnecessarily dismantle control surfaces or other potential sources of vibration to look for a possible failure, even though the vibrations coming from the rotating machine correspond to normal operation of the aircraft. This may result in the aircraft being immobilized for a longer or shorter period of time, which generates a cost for the airline. There is therefore a need to identify a situation in which vibrations felt in the fuselage or cockpit correspond to vibrations coming from a rotating machine. Likewise, if a rotating machine is not equipped with a local vibration sensor, it is difficult to know whether this rotating machine is the source of vibrations felt by the crew members.

Les solutions existantes pour détecter l’origine de vibrations à bord d’un aéronef sont prévues pour détecter des vibrations de fréquence fixe, mais pas pour détecter des vibrations de fréquence variable issues d’une machine tournante. Elles ne sont donc pas appropriées lorsque les vibrations proviennent d’une machine tournante.Existing solutions for detecting the origin of vibrations on board an aircraft are designed to detect fixed frequency vibrations, but not to detect variable frequency vibrations coming from a rotating machine. They are therefore not appropriate when the vibrations come from a rotating machine.

La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne un procédé de détection de vibrations issues d’une machine tournante d’un aéronef. Ce procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes mises en œuvre par une unité de traitement d’un calculateur :The present invention aims in particular to provide a solution to this problem. It concerns a method for detecting vibrations coming from a rotating machine of an aircraft. This process is remarkable in that it includes the following steps implemented by a processing unit of a computer:

- acquérir des données de vol de l’aéronef correspondant à au moins un signal mesuré par au moins un capteur embarqué à bord de l’aéronef ;- acquire flight data from the aircraft corresponding to at least one signal measured by at least one sensor on board the aircraft;

- acquérir une information correspondant à une vitesse de rotation courante de ladite machine tournante de l’aéronef ;- acquire information corresponding to a current rotation speed of said rotating machine of the aircraft;

- réaliser un filtrage fréquentiel de l’au moins un signal auquel correspondent les données de vol, de façon à conserver une bande de fréquences incluant une fréquence d’intérêt fonction de la vitesse de rotation de ladite machine tournante de l’aéronef ;- carry out frequency filtering of the at least one signal to which the flight data correspond, so as to maintain a frequency band including a frequency of interest depending on the rotation speed of said rotating machine of the aircraft;

- déterminer une amplitude du signal filtré à l’étape précédente ;- determine an amplitude of the signal filtered in the previous step;

- déterminer la présence de vibrations induites par la machine tournante lorsque l’amplitude du signal filtré est supérieure à un seuil prédéterminé d’amplitude pendant au moins une durée prédéterminée ;- determine the presence of vibrations induced by the rotating machine when the amplitude of the filtered signal is greater than a predetermined amplitude threshold for at least a predetermined duration;

- transmettre à un dispositif utilisateur, une information de détection de vibrations induites par la machine tournante lorsque la présence de telles vibrations est déterminée à l’étape précédente.- transmit to a user device, information detecting vibrations induced by the rotating machine when the presence of such vibrations is determined in the previous step.

Ainsi, le procédé permet de déterminer que d’éventuelles vibrations perçues dans le fuselage ou dans le cockpit de l’aéronef, sont issues d’une machine tournante de l’aéronef. Ce procédé est particulièrement avantageux, car il permet de déterminer que les vibrations ont pour origine ladite machine tournante, même si l’amplitude des vibrations mesurées par un capteur local de la machine tournante est inférieure à un seuil d’amplitude prédéterminé ou même si la machine tournante n’est pas équipée d’un tel capteur local de vibrations. Le procédé est notamment utile lorsque des vibrations de faible amplitude au niveau de la machine tournante sont amplifiées par un élément structurel de l’aéronef dont la fréquence de résonnance correspond à la fréquence desdites vibrations. Le procédé permet alors de déterminer qu’il n’y a pas de dysfonctionnement de la machine tournante ou d’une autre source de vibrations de l’aéronef, ce qui évite des opérations inutiles de maintenance de l’aéronef qui pourraient être longues et coûteuses.Thus, the method makes it possible to determine that any vibrations perceived in the fuselage or in the cockpit of the aircraft come from a rotating machine of the aircraft. This method is particularly advantageous, because it makes it possible to determine that the vibrations originate from said rotating machine, even if the amplitude of the vibrations measured by a local sensor of the rotating machine is less than a predetermined amplitude threshold or even if the rotating machine is not equipped with such a local vibration sensor. The method is particularly useful when low amplitude vibrations at the level of the rotating machine are amplified by a structural element of the aircraft whose resonance frequency corresponds to the frequency of said vibrations. The method then makes it possible to determine that there is no malfunction of the rotating machine or another source of vibration of the aircraft, which avoids unnecessary aircraft maintenance operations which could be long and expensive.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’au moins un capteur embarqué à bord de l’aéronef correspond à un capteur d’accélération. De façon avantageuse, ledit capteur d’accélération fait partie d’une centrale inertielle de l’aéronef. De façon particulière, ledit capteur d’accélération est situé à proximité du centre de gravité de l’aéronef.According to one embodiment of the invention, the at least one sensor on board the aircraft corresponds to an acceleration sensor. Advantageously, said acceleration sensor is part of an inertial unit of the aircraft. In particular, said acceleration sensor is located near the center of gravity of the aircraft.

Selon une première alternative, la fréquence d’intérêt est une fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante.According to a first alternative, the frequency of interest is a frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine.

Selon une deuxième alternative, le procédé comprend en outre :According to a second alternative, the method further comprises:

- une étape de détermination d’une fréquence d’échantillonnage du signal correspondant aux données de vol acquises à l’étape d’acquisition de données de vol de l’aéronef ; et- a step of determining a sampling frequency of the signal corresponding to the flight data acquired in the step of acquiring flight data of the aircraft; And

- une étape de détermination de la fréquence d’intérêt, telle que si une fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est inférieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, la fréquence d’intérêt est égale à la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante et, si la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage, la fréquence d’intérêt est égale à une fréquence de repliement de spectre de la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage.- a step of determining the frequency of interest, such that if a frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine is less than half the sampling frequency, the frequency of interest is equal to the corresponding frequency at the rotational speed of the rotating machine and, if the frequency corresponding to the rotational speed of the rotating machine is greater than half the sampling frequency, the frequency of interest is equal to a spectrum aliasing frequency of the frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine, compared to half the sampling frequency.

Dans un premier mode de réalisation, le procédé est mis en œuvre à bord de l’aéronef.In a first embodiment, the method is implemented on board the aircraft.

Dans un deuxième mode de réalisation, le procédé est mis en œuvre au sol, les données de vol acquises à l’étape d’acquisition de données de vol provenant d’un enregistreur de données de vol de l’aéronef dans lequel elles ont été enregistrées pendant au moins un vol de l’aéronef.In a second embodiment, the method is implemented on the ground, the flight data acquired in the flight data acquisition step coming from a flight data recorder of the aircraft in which they were recorded during at least one flight of the aircraft.

De façon particulière, la machine tournante correspond à l’une des machines tournantes suivantes :In particular, the rotating machine corresponds to one of the following rotating machines:

- un moteur de propulsion de l’aéronef ;- a propulsion engine of the aircraft;

- un générateur auxiliaire de puissance de l’aéronef ;- an auxiliary power generator for the aircraft;

- un ventilateur d’un système de l’aéronef.- a fan of an aircraft system.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures annexées.The invention will be better understood on reading the following description and examining the appended figures.

La , déjà décrite, illustre un aéronef.There , already described, illustrates an aircraft.

La illustre de façon schématique un système de détection de vibrations d’une gouverne d’un aéronef, conforme à un mode de réalisation de l’invention.There schematically illustrates a system for detecting vibrations of an aircraft control surface, according to one embodiment of the invention.

La illustre de façon schématique un repliement de spectre lors de l’échantillonnage d’un signal.There schematically illustrates spectrum aliasing when sampling a signal.

La illustre un procédé de détection de vibrations conforme à un mode de réalisation de l’invention.There illustrates a vibration detection method according to one embodiment of the invention.

Le système de détection de vibrations 10 représenté sur la comprend un calculateur 14 comportant une unité de traitement 15. Le calculateur 14 est relié en entrée à une première source d’information 12 comprenant des données de vol d’un aéronef issues d’un enregistreur de données de vol dudit aéronef. De façon non limitative, la première source d’information 12 peut correspondre à une base de données. Le calculateur 14 est également relié en entrée à une deuxième source d’information 16 prévue pour fournir une valeur d’une fréquence de rotation correspondant à une machine tournante de l’aéronef, par exemple un moteur de propulsion de l’aéronef, un générateur auxiliaire de puissance, un ventilateur d’un système de l’aéronef, etc. De façon non limitative, la deuxième source d’informations 16 peut correspondre ou être reliée à un capteur associé à la machine tournante. Lorsque la machine tournante est un moteur de propulsion 3 de l’aéronef, la source d’information 16 fournit par exemple une fréquence de rotation correspondant à un régime moteur dit N1 d’un arbre basse pression du moteur. De façon avantageuse, le calculateur 14 est aussi relié en entrée à une troisième source d’information 13 correspondant par exemple à un fichier ou à une base de données contenant des informations de réglage ou de paramétrage pour la mise en œuvre du procédé objet de l’invention. Le calculateur 14 est relié en sortie à un dispositif utilisateur 18. De façon non limitative, le dispositif utilisateur 18 peut correspondre à un calculateur distinct du calculateur 14 ou encore à une interface homme-machine, telle qu’un écran d’affichage, du calculateur 14.The vibration detection system 10 shown on the comprises a computer 14 comprising a processing unit 15. The computer 14 is connected at input to a first information source 12 comprising flight data of an aircraft coming from a flight data recorder of said aircraft. In a non-limiting manner, the first information source 12 may correspond to a database. The computer 14 is also connected at the input to a second information source 16 designed to provide a value of a rotation frequency corresponding to a rotating machine of the aircraft, for example a propulsion engine of the aircraft, a generator auxiliary power, a fan of an aircraft system, etc. In a non-limiting manner, the second source of information 16 may correspond to or be connected to a sensor associated with the rotating machine. When the rotating machine is a propulsion engine 3 of the aircraft, the information source 16 provides for example a rotation frequency corresponding to an engine speed called N1 of a low pressure shaft of the engine. Advantageously, the calculator 14 is also connected at the input to a third source of information 13 corresponding for example to a file or a database containing adjustment or parameterization information for the implementation of the method which is the subject of the 'invention. The calculator 14 is connected at the output to a user device 18. In a non-limiting manner, the user device 18 can correspond to a calculator distinct from the calculator 14 or even to a man-machine interface, such as a display screen, of the calculator 14.

En fonctionnement, le système 10 permet de mettre en œuvre un procédé de détection de vibrations d’une machine tournante d’un aéronef. Comme représenté sur la , ce procédé comprend une étape E1 d’acquisition, par l’unité de traitement 15, de données de vol d’un aéronef issues d’un enregistreur de données de vol dudit aéronef. L’unité de traitement 15 acquiert ces données de vol auprès de la première source d’information 12. Ces données de vol correspondent à au moins un signal mesuré par au moins un capteur embarqué à bord de l’aéronef, ce capteur correspondant en particulier à un accéléromètre. Au cours d’un vol de l’aéronef, des données de vol de l’aéronef sont enregistrées dans un enregistreur de données de vol. Ces données de vol comprennent notamment des informations issues d’un accéléromètre installé à bord de l’aéronef, cet accéléromètre correspondant par exemple à un accéléromètre 20a faisant partie d’une centrale inertielle IRS (« Inertial Reference System » an anglais) de l’aéronef ou à un accéléromètre 20b installé à proximité du centre de gravité de l’aéronef. Ces données de vol sont enregistrées dans l’enregistreur de données de vol selon une fréquence d’échantillonnage prédéterminée Fe, par exemple égale à 100Hz. Lorsque l’aéronef est au sol, ces données sont transférées vers la première source d’information 12. Dans une étape E2, l’unité de traitement détermine ladite fréquence d’échantillonnage Fe. De façon non limitative, selon une première alternative, l’unité de traitement détermine la fréquence Fe à partir des données acquises à l’étape E1. De façon non limitative encore, selon une deuxième alternative, l’unité de traitement détermine la fréquence Fe en lisant la valeur de ladite fréquence Fe dans un fichier ou dans une base de données. Dans une étape E3, l’unité de traitement 15 acquiert, de la deuxième source d’information 16, une valeur d’une fréquence de rotation Frot correspondant à la machine tournante dont il est souhaité de détecter d’éventuelles vibrations. Cette fréquence de rotation Frot est susceptible de varier au cours du temps pendant l’utilisation de la machine tournante. Par exemple, lorsque la machine tournante est un moteur de propulsion de l’aéronef, le régime moteur N1 varie en fonction de la poussée délivrée par le moteur. Bien que l’étape E3 soit mise en œuvre après l’étape E1 dans le mode de réalisation représenté sur la , cela n’est pas limitatif de l’invention. Sans sortir du cadre de l’invention, l’étape E3 peut aussi être mise en œuvre avant l’étape E1 ou en même temps que l’étape E1. La fréquence de rotation Frot dont la valeur est acquise à l’étape E3 est une fréquence de rotation courante de la machine tournante, c’est-à-dire une fréquence de rotation de la machine tournante à un instant concomitant d’un instant auquel le signal auquel correspondent les données de vol acquises à l’étape E1 a été mesuré par le capteur.In operation, the system 10 makes it possible to implement a method for detecting vibrations of a rotating machine of an aircraft. As shown on the , this method comprises a step E1 of acquisition, by the processing unit 15, of flight data of an aircraft coming from a flight data recorder of said aircraft. The processing unit 15 acquires this flight data from the first information source 12. These flight data correspond to at least one signal measured by at least one sensor on board the aircraft, this sensor corresponding in particular to an accelerometer. During a flight of the aircraft, flight data of the aircraft is recorded in a flight data recorder. These flight data include in particular information from an accelerometer installed on board the aircraft, this accelerometer corresponding for example to an accelerometer 20a forming part of an inertial unit IRS ("Inertial Reference System" in English) of the aircraft or to an accelerometer 20b installed near the center of gravity of the aircraft. This flight data is recorded in the flight data recorder according to a predetermined sampling frequency Fe, for example equal to 100 Hz. When the aircraft is on the ground, these data are transferred to the first information source 12. In a step E2, the processing unit determines said sampling frequency Fe. In a non-limiting manner, according to a first alternative, the The processing unit determines the frequency Fe from the data acquired in step E1. Still non-limitatively, according to a second alternative, the processing unit determines the frequency Fe by reading the value of said frequency Fe in a file or in a database. In a step E3, the processing unit 15 acquires, from the second information source 16, a value of a rotation frequency Frot corresponding to the rotating machine for which it is desired to detect possible vibrations. This Frot rotation frequency is likely to vary over time during use of the rotating machine. For example, when the rotating machine is a propulsion engine of the aircraft, the engine speed N1 varies as a function of the thrust delivered by the engine. Although step E3 is implemented after step E1 in the embodiment shown in the , this does not limit the invention. Without departing from the scope of the invention, step E3 can also be implemented before step E1 or at the same time as step E1. The rotation frequency Frot whose value is acquired in step E3 is a current rotation frequency of the rotating machine, that is to say a rotation frequency of the rotating machine at a time concomitant with an instant at which the signal to which the flight data acquired in step E1 corresponds was measured by the sensor.

Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape E4 au cours de laquelle l’unité de traitement détermine une fréquence d’intérêt Fi égale à la fréquence de rotation. Ce mode de réalisation peut notamment être choisi lorsque le domaine d’utilisation de la machine tournante est tel que la fréquence de rotation Frot est toujours inférieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage Fe. Dans un tel cas, les données de vol enregistrées permettent d’analyser un signal de fréquence correspondant à la fréquence de rotation Frot. En effet, conformément au théorème de Shannon, pour pouvoir analyser un signal à partir des données de vol enregistrées, la fréquence d’échantillonnage Fe des données de vol doit être supérieure à deux fois la fréquence du signal que l’on souhaite analyser.In one embodiment, the method comprises a step E4 during which the processing unit determines a frequency of interest Fi equal to the rotation frequency. This embodiment can in particular be chosen when the range of use of the rotating machine is such that the rotation frequency Frot is always less than half the sampling frequency Fe. In such a case, the flight data recorded make it possible to analyze a frequency signal corresponding to the rotation frequency Frot. Indeed, in accordance with Shannon's theorem, to be able to analyze a signal from recorded flight data, the sampling frequency Fe of the flight data must be greater than twice the frequency of the signal that we wish to analyze.

Dans un autre mode de réalisation, à l’étape E4 l’unité de traitement détermine la fréquence d’intérêt Fi de telle façon que si la fréquence Frot correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est inférieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage Fe, la fréquence d’intérêt est égale à la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante et, si la fréquence Frot correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage Fe, la fréquence d’intérêt est égale à une fréquence de repliement de spectre de la fréquence correspondant à la vitesse de rotation de la machine tournante, par rapport à la moitié de la fréquence d’échantillonnage. Dans un tel cas, le fait de choisir la fréquence de repliement de spectre comme fréquence d’intérêt permet d’analyser une partie du signal représentative de vibrations à la fréquence de rotation Frot, même lorsque cette fréquence de rotation est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage. Pour illustrer le choix de la fréquence d’intérêt Fi correspondant à la fréquence de repliement de spectre, la représente la fréquence F en fonction du temps t. La fréquence de rotation Frot de la machine tournante varie en fonction du temps t. Cette fréquence Frot est supérieure d’une valeur ΔF à la moitié de la fréquence d’échantillonnage Fe. La valeur ΔF varie comme la fréquence de rotation en fonction du temps. La fréquence d’intérêt Fi, égale à la fréquence de repliement de spectre, est inférieure de ladite valeur ΔF à la moitié de la fréquence d’échantillonnage Fe. Lorsqu’un signal échantillonné selon la fréquence d’échantillonnage Fe (par exemple 100Hz) présente des oscillations à la fréquence de rotation Frot (par exemple 75Hz) supérieure d’une valeur ΔF à la moitié de la fréquence d’échantillonnage Fe (par exemple 50Hz), les données correspondant à l’échantillonnage dudit signal sont similaires à des données correspondant à un signal présentant des oscillations à la fréquence d’intérêt Fi égale à la fréquence de repliement de spectre (par exemple 25 Hz).In another embodiment, in step E4 the processing unit determines the frequency of interest Fi in such a way that if the frequency Frot corresponding to the rotation speed of the rotating machine is less than half the frequency sampling Fe, the frequency of interest is equal to the frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine and, if the frequency Frot corresponding to the rotation speed of the rotating machine is greater than half the frequency d Fe sampling, the frequency of interest is equal to a spectrum aliasing frequency of the frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine, relative to half the sampling frequency. In such a case, choosing the aliasing frequency as the frequency of interest makes it possible to analyze part of the signal representative of vibrations at the rotation frequency Frot, even when this rotation frequency is greater than half of the sampling frequency. To illustrate the choice of the frequency of interest Fi corresponding to the spectrum aliasing frequency, the represents the frequency F as a function of time t. The rotation frequency Frot of the rotating machine varies as a function of time t. This frequency Frot is greater by a value ΔF than half the sampling frequency Fe. The value ΔF varies like the rotation frequency as a function of time. The frequency of interest Fi, equal to the aliasing frequency, is less than said value ΔF to half the sampling frequency Fe. When a signal sampled according to the sampling frequency Fe (for example 100 Hz) presents oscillations at the rotation frequency Frot (for example 75Hz) greater than a value ΔF than half the sampling frequency Fe (for example 50Hz), the data corresponding to the sampling of said signal are similar to data corresponding to a signal exhibiting oscillations at the frequency of interest Fi equal to the aliasing frequency (for example 25 Hz).

Cet autre mode de réalisation présente l’intérêt de permettre d’utiliser des données de vol issues d’un enregistreur de données de vol pour détecter des vibrations issues d’une machine tournante de l’aéronef même lorsque la fréquence de rotation Frot correspondant à cette machine tournante est supérieure à la moitié de la fréquence d’échantillonnage Fe correspondant à l’enregistreur de données de vol.This other embodiment has the advantage of allowing flight data from a flight data recorder to be used to detect vibrations coming from a rotating machine of the aircraft even when the rotation frequency Frot corresponding to this rotating machine is greater than half the sampling frequency Fe corresponding to the flight data recorder.

Dans les deux modes de réalisation de l’étape E4, la fréquence d’intérêt Fi est variable au cours du temps, en fonction des variations de la fréquence de rotation Frot au cours du temps.In the two embodiments of step E4, the frequency of interest Fi is variable over time, depending on variations in the rotation frequency Frot over time.

Dans une étape E5, l’unité de traitement 15 réalise un filtrage fréquentiel de l’au moins un signal auquel correspondent les données de vol, de façon à conserver une bande de fréquences incluant la fréquence d’intérêt Fi. De façon particulière, cette bande de fréquences est centrée autour de la fréquence d’intérêt Fi, la bande de fréquence correspondant alors à un intervalle de fréquences [Fi - δf ; Fi + δf], où δf est une valeur par exemple choisie dans l’intervalle [2% de Fi ; 10% de Fi], en particulier 5% de Fi. Ce filtrage permet de ne conserver qu’une partie du signal, laquelle est susceptible de contenir des oscillations induites par la rotation de la machine tournante, tout en éliminant d’autres parties du signal (extérieures à la bande de fréquences) susceptibles de contenir des oscillations issues de sources de vibrations autres que la machine tournante considérée.In a step E5, the processing unit 15 carries out frequency filtering of the at least one signal to which the flight data correspond, so as to maintain a frequency band including the frequency of interest Fi. In particular, this frequency band is centered around the frequency of interest Fi, the frequency band then corresponding to a frequency interval [Fi - δf; Fi + δf], where δf is a value for example chosen in the interval [2% of Fi; 10% of Fi], in particular 5% of Fi. This filtering makes it possible to retain only part of the signal, which is likely to contain oscillations induced by the rotation of the rotating machine, while eliminating other parts of the signal (outside the frequency band) likely to contain oscillations. oscillations originating from vibration sources other than the rotating machine in question.

Dans une étape E6, l’unité de traitement détermine une amplitude du signal filtré à l’étape E5. Cette amplitude est représentative de l’amplitude de vibrations induites dans le fuselage par la machine tournante et mesurées par le capteur 20a ou 20b.In a step E6, the processing unit determines an amplitude of the signal filtered in step E5. This amplitude is representative of the amplitude of vibrations induced in the fuselage by the rotating machine and measured by the sensor 20a or 20b.

Dans une étape E7, l’unité de traitement détermine la présence de vibrations induites par la machine tournante lorsque l’amplitude (déterminée à l’étape E6) du signal filtré est supérieure à un seuil prédéterminé d’amplitude pendant au moins une durée prédéterminée. Le seuil prédéterminé d’amplitude est choisi de façon à correspondre à des vibrations pouvant être ressenties par des passagers ou des membres d’équipage de l’aéronef. La durée prédéterminée est choisie suffisamment longue pour que des vibrations dont la présence est déterminée à l’étape E7 correspondent à des vibrations vraiment ressenties par des passagers ou des membres d’équipage de l’aéronef. De façon avantageuse, les valeurs du seuil prédéterminé d’amplitude et de la durée prédéterminée correspondant à chaque machine tournante de l’aéronef sont stockées dans la base de données 13. Lors de l’étape E7, l’unité de traitement 15 acquiert les valeurs requises auprès de la base de données 13.In a step E7, the processing unit determines the presence of vibrations induced by the rotating machine when the amplitude (determined in step E6) of the filtered signal is greater than a predetermined amplitude threshold for at least a predetermined duration . The predetermined amplitude threshold is chosen so as to correspond to vibrations that can be felt by passengers or crew members of the aircraft. The predetermined duration is chosen sufficiently long so that vibrations whose presence is determined in step E7 correspond to vibrations actually felt by passengers or crew members of the aircraft. Advantageously, the values of the predetermined amplitude threshold and the predetermined duration corresponding to each rotating machine of the aircraft are stored in the database 13. During step E7, the processing unit 15 acquires the values required from database 13.

Dans un mode particulier de réalisation de l’étape E7, l’unité de traitement vérifie l’existence de conditions d’inhibition susceptibles d’inhiber la détection de présence de vibrations lorsque ces conditions sont remplies. Ces conditions d’inhibition correspondent par exemple à des phases particulières de vol de l’aéronef au cours desquelles des vibrations de fréquence Frot peuvent survenir lors du fonctionnement normal de l’aéronef. Ainsi, la présence desdites vibrations ne doit pas être détectée par le procédé. De façon avantageuse, ces conditions d’inhibitions sont enregistrées dans la base de données 13. Lors de l’étape E7, l’unité de traitement acquiert alors des informations relatives à ces conditions d’inhibition auprès de la base de données 13.In a particular embodiment of step E7, the processing unit checks the existence of inhibition conditions capable of inhibiting the detection of the presence of vibrations when these conditions are met. These inhibition conditions correspond for example to particular phases of flight of the aircraft during which vibrations of frequency Frot can occur during normal operation of the aircraft. Thus, the presence of said vibrations must not be detected by the method. Advantageously, these inhibition conditions are recorded in the database 13. During step E7, the processing unit then acquires information relating to these inhibition conditions from the database 13.

Dans une étape E8, l’unité de traitement transmet au dispositif utilisateur 18, une information de détection de vibrations induites par la machine tournante lorsque la présence de telles vibrations est déterminée à l’étape E7.In a step E8, the processing unit transmits to the user device 18, information for detecting vibrations induced by the rotating machine when the presence of such vibrations is determined in step E7.

Les différentes étapes du procédé sont répétées pour plusieurs instants successifs au cours du vol de l’aéronef. En particulier, les différents instants successifs sont distants entre eux d’une période correspondant à la fréquence d’échantillonnage Fe.The different steps of the process are repeated for several successive moments during the flight of the aircraft. In particular, the different successive instants are spaced apart by a period corresponding to the sampling frequency Fe.

Selon une première possibilité, sur la base de l’information éventuellement transmise à l’étape E8, le dispositif utilisateur 18 détermine automatiquement la nécessité ou la non-utilité d’une opération de maintenance de l’aéronef. Par exemple, une opération de maintenance de l’aéronef est inutile lorsque des vibrations ressenties par des membres d’équipage de l’aéronef correspondent à des vibrations induites par une machine tournante et amplifiées par effet de résonnance d’un élément mécanique de l’aéronef, alors même que l’amplitude des vibrations mesurées au niveau de la machine tournante est inférieure à un seuil d’amplitude prédéterminé.According to a first possibility, on the basis of the information possibly transmitted in step E8, the user device 18 automatically determines the necessity or non-usefulness of an aircraft maintenance operation. For example, an aircraft maintenance operation is unnecessary when vibrations felt by crew members of the aircraft correspond to vibrations induced by a rotating machine and amplified by the resonance effect of a mechanical element of the aircraft. aircraft, even though the amplitude of the vibrations measured at the rotating machine is less than a predetermined amplitude threshold.

Selon une deuxième possibilité, sur la base de l’information éventuellement transmise à l’étape E8, un opérateur utilisant le dispositif utilisateur 18 détermine la nécessité ou la non-utilité d’une opération de maintenance de l’aéronef.According to a second possibility, on the basis of the information possibly transmitted in step E8, an operator using the user device 18 determines the necessity or non-usefulness of an aircraft maintenance operation.

Dans un mode particulier de réalisation, le procédé comporte en outre une étape de vérification de la qualité des données de vol avant l’étape E5 de filtrage fréquentiel du signal correspondant aux données de vol, de façon à rejeter des données de vol qui auraient un niveau de qualité inférieur à un niveau de qualité prédéterminé.In a particular embodiment, the method further comprises a step of checking the quality of the flight data before the step E5 of frequency filtering of the signal corresponding to the flight data, so as to reject flight data which would have a quality level lower than a predetermined quality level.

De façon avantageuse, le procédé est mis en œuvre pour plusieurs machines tournantes de l’aéronef, de façon à détecter d’éventuelles vibrations issues desdites machines tournantes. Ainsi, en mettant en œuvre le procédé pour un ensemble de machines tournantes, il est possible de déterminer laquelle parmi ces machines tournantes est à l’origine de vibrations de l’aéronef.Advantageously, the method is implemented for several rotating machines of the aircraft, so as to detect possible vibrations coming from said rotating machines. Thus, by implementing the method for a set of rotating machines, it is possible to determine which of these rotating machines is causing vibrations in the aircraft.

De façon particulière, pour une même machine tournante, le procédé est mis en œuvre plusieurs fois, sur la base de données de vol issues de plusieurs capteurs, par exemple une fois sur la base de données de vol issues du capteur 20a et une autre fois sur la base de données de vol issues du capteur 20b. De préférence, à l’issue de l’étape E7, le procédé comporte alors une étape de consolidation de la détermination de la présence éventuelle de vibrations issues de la machine tournante considérée.In particular, for the same rotating machine, the method is implemented several times, on the basis of flight data from several sensors, for example once on the basis of flight data from sensor 20a and another time based on flight data from sensor 20b. Preferably, at the end of step E7, the method then includes a step of consolidation of the determination of the possible presence of vibrations originating from the rotating machine considered.

Les données de vol acquises à l’étape E1 sont issues d’un enregistreur de données de vol de l’aéronef. L’enregistreur de données de vol correspond par exemple à un enregistreur de vol (aussi appelé boîte noire) ou, de préférence à un enregistreur de données de vol prévu pour enregistrer des informations en vue de la maintenance de l’aéronef. Un tel enregistreur de données de vol peut être notamment de type QAR (« Quick Access Recorder » en anglais), de type ACMS (« Aircraft Condition Monitoring System » en anglais), de type DAR (« Direct Access Recorder » en anglais), de type SAR (« Smart Access Recorder » en anglais), de type FDIMU (« Flight Data Interface Management Unit » en anglais), de type FOMAX® (« Flight Operations & MAintenance eXchanger » en anglais), etc. Ces types d’enregistreurs de données de vol présentent une fréquence d’échantillonnage plus élevée que la fréquence d’échantillonnage correspondant à un enregistreur de vol.The flight data acquired in step E1 comes from a flight data recorder of the aircraft. The flight data recorder corresponds for example to a flight recorder (also called a black box) or, preferably to a flight data recorder designed to record information for the maintenance of the aircraft. Such a flight data recorder may in particular be of the QAR type (“Quick Access Recorder” in English), of the ACMS type (“Aircraft Condition Monitoring System” in English), of the DAR type (“Direct Access Recorder” in English), SAR type (“Smart Access Recorder” in English), FDIMU type (“Flight Data Interface Management Unit” in English), FOMAX® type (“Flight Operations & MAintenance eXchanger” in English), etc. These types of flight data recorders have a higher sample rate than the sample rate corresponding to a flight recorder.

Dans un mode particulier de réalisation, l’aéronef ne comprend pas de capteur de fréquence de rotation associé à au moins une des machines tournantes. La machine tournante non-pourvue d’un tel capteur correspond par exemple à un ventilateur d’un système de l’aéronef, tel qu’un système de conditionnement d’air. Dans un tel cas, la fréquence de rotation Frot de la machine tournante est estimée par l’unité de traitement. L’estimation de la fréquence Frot est par exemple fonction du temps écoulé depuis la mise en marche de la machine tournante et/ou fonction d’autres paramètres, par exemple une puissance courante délivrée par le système de conditionnent d’air. D’autres paramètres peuvent être pris en considération selon la machine tournante considérée.In a particular embodiment, the aircraft does not include a rotation frequency sensor associated with at least one of the rotating machines. The rotating machine not provided with such a sensor corresponds for example to a fan of an aircraft system, such as an air conditioning system. In such a case, the rotation frequency Frot of the rotating machine is estimated by the processing unit. The estimate of the Frot frequency is for example a function of the time elapsed since the rotating machine was started and/or a function of other parameters, for example a current power delivered by the air conditioning system. Other parameters may be taken into consideration depending on the rotating machine considered.

Selon une première alternative, comme décrit précédemment, le procédé est mis en œuvre au sol, le calculateur 14 correspondant par exemple à un calculateur d’un centre de maintenance de la compagnie aérienne exploitant l’aéronef. Selon une autre alternative, le procédé est mis en œuvre à bord de l’aéronef, le calculateur 14 correspondant à un calculateur embarqué de l’aéronef. De façon particulière, bine que non obligatoirement, les données de vol peuvent alors être exploitées en temps réel au fur et à mesure de leur acquisition pendant le vol de l’aéronef.According to a first alternative, as described previously, the method is implemented on the ground, the computer 14 corresponding for example to a computer of a maintenance center of the airline operating the aircraft. According to another alternative, the method is implemented on board the aircraft, the computer 14 corresponding to an on-board computer of the aircraft. In particular, although not necessarily, the flight data can then be used in real time as they are acquired during the flight of the aircraft.

Claims

1) Method for detecting vibrations coming from a rotating machine (3) of an aircraft (1), characterized in that it comprises the following steps implemented by a processing unit (15) of a computer ( 14):
- acquire (E1) flight data from the aircraft corresponding to at least one signal measured by at least one sensor on board the aircraft;
- acquire (E3) information corresponding to a current rotation speed of said rotating machine (3) of the aircraft;
- carry out (E5) a frequency filtering of the at least one signal to which the flight data correspond, so as to maintain a frequency band including a frequency of interest depending on the rotation speed of said rotating machine (3) of the aircraft;
- determine (E6) an amplitude of the signal filtered in the previous step;
- determine (E7) the presence of vibrations induced by the rotating machine when the amplitude of the filtered signal is greater than a predetermined amplitude threshold for at least a predetermined duration;
- transmit (E8) to a user device (18), information for detecting vibrations induced by the rotating machine when the presence of such vibrations is determined in the previous step.

2) Method according to claim 1, characterized in that the at least one sensor on board the aircraft corresponds to an acceleration sensor.

3) Method according to claim 2, characterized in that said acceleration sensor is part of an inertial unit of the aircraft.

4) Method according to one of claims 2 or 3, characterized in that said acceleration sensor is located near the center of gravity of the aircraft.

5) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the frequency of interest is a frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine.

6) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises:
- a step (E2) of determining a sampling frequency (Fe) of the signal corresponding to the flight data acquired in step (E1) of acquiring flight data of the aircraft; And
- a step (E4) of determining the frequency of interest, such that if a frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine is less than half the sampling frequency (Fe), the frequency of interest is equal to the frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine and, if the frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine is greater than half the sampling frequency (Fe), the frequency of interest is equal to a spectrum aliasing frequency of the frequency corresponding to the rotation speed of the rotating machine, relative to half the sampling frequency.

7) Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is implemented on board the aircraft.

8) Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is implemented on the ground, the flight data acquired in step (E1) of acquiring flight data coming from a flight data recorder of the aircraft in which they were recorded during at least one flight of the aircraft.

9) Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotating machine corresponds to one of the following rotating machines:
- an engine (3) for propelling the aircraft;
- an auxiliary power generator for the aircraft;
- a fan of an aircraft system.