FR2983529A1

FR2983529A1 - Methode de surveillance d'un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboreacteur

Info

Publication number: FR2983529A1
Application number: FR1161175A
Authority: FR
Inventors: Jean-Remi Masse; Benjamin Lamoureux; Idrissi Hicham Janati; Francis Marquisseau; Aziz Sif
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-07
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: US20130139520A1; US9032786B2; FR2983529B1

Abstract

Une méthode de surveillance d'un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur d'aéronef, le dispositif de commande fournissant un courant de commande (FMV_CUR) à une servovalve pour modifier la position (FMV_POS) du doseur de carburant, la méthode comprenant : - une étape de détermination de la position (FMV_POS) du doseur de carburant au cours d'un vol de l'aéronef ; - une étape de détermination de la vitesse de déplacement du doseur de carburant ; une étape de détermination du courant de commande (FMV_CUR) lorsque la vitesse de déplacement du doseur de carburant est nulle ; - une étape de calcul d'un courant de commande moyen (FMV_CURM) lorsque la vitesse de déplacement du doseur de carburant est nulle, le courant de commande moyen (FMV_CURM) formant un indicateur de dégradation du dispositif de commande ; - une étape de comparaison de l'indicateur de dégradation à une base de référence d'indicateurs avec dégradation de manière à en déduire le type de dégradation ; une étape de calcul d'un score d'anormalité pour l'indicateur de dégradation ; une étape de comparaison du score d'anormalité à un seuil de décision d'anomalie propre au type de dégradation ; et - une étape de déclenchement d'une alarme en cas de dépassement du seuil de décision d'anomalie.

Description

Méthode de surveillance d'un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur La présente invention se rapporte au domaine général des méthodes de surveillance de pannes pour un turboréacteur. L'invention concerne notamment une méthode de surveillance d'un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur. Un turboréacteur comprend typiquement des systèmes d'actionnement à servovalve, destiné à piloter des géométries variables du turboréacteur.

Par "géométries variables" du turboréacteur, on entend ici des organes du moteur ou de son environnement dont les dimensions, formes, positions et/ou vitesses sont susceptibles d'être modifiées, en fonction d'événements détectés ou de paramètres de fonctionnement du moteur. Des exemples de "géométries variables" sont des aubes stators à calage variable de redresseurs de compresseur, des vannes de décharge du compresseur, des sommets d'aubes de turbine et un doseur de carburant. Typiquement, ces systèmes d'actionnement sont contrôlés par le module de régulation électronique du système de régulation moteur ou EEC (pour « Electronic Engine Control »), de sorte à adapter les géométries variables au scénario du vol. Le contrôle est assuré par l'intermédiaire de boucles d'asservissement. Ainsi, on comprend bien que la surveillance des systèmes d'actionnement de géométries variables dans un turboréacteur est cruciale en termes de disponibilité et de rendement du turboréacteur.

Les dégradations de ces systèmes d'actionnement se traduisent notamment par des positions et/ou des dimensions des organes du turboréacteur non conformes aux commandes de l'ECU en régime établi, ou par une réponse lente de ces organes à ces commandes en régime transitoire. Ces dégradations sont des prémices de panne car elles sont en général, dans un premier temps, soit compensées par les boucles d'asservissement des systèmes d'actionnement soit sans conséquence notable autre qu'une reconfiguration (par exemple, un changement de voie de commande active). Toutefois au bout d'un certain temps, lorsque ces dégradations persistent et s'aggravent, elles ne peuvent plus être compensées car les équipements de commande sont limités. Ainsi, ces dégradations peuvent avoir pour conséquence de rendre le turboréacteur inopérable ou non performant. Cela peut se traduire par un message de panne émis par l'ECU. La détection de ces détériorations est donc trop tardive puisqu'elle n'est réalisée que lorsque le système d'actionnement est en panne.40 Un type de dégradation particulier est la dérive du courant de repos d'une servovalve commandant un doseur de carburant d'un turboréacteur. La figure 1 est un graphe qui représente une courbe de fonctionnement d'une servovalve. Plus précisément, le graphe de la figure 1 illustre l'évolution du débit hydraulique Q délivrée par la servovalve 3 à un vérin, en fonction du courant de commande Icmd. Sur la figure 1, Imax représente la valeur maximale du courant de commande Icmd que l'ECU est capable de fournir. La courbe 20 correspond à un état nominal de la servovalve et montre que le courant de repos de la servovalve, c'est-à-dire le courant de commande nécessaire à maintenir le vérin dans une position déterminée, présente une valeur 10 non nulle. Dans l'état nominal, le courant Imax permet toutefois de fournir le débit hydraulique maximal Qmax. La courbe 21 représente un état non-nominal de la servovalve, par exemple un état après vieillissement. On constate que le courant de repos présente une valeur 11 supérieure à 10. Autrement dit, il y a eu dérive du courant de repos de la servovalve. De plus, dans l'état non-nominal de la courbe 21, le courant Imax ne permet plus de fournir le débit hydraulique maximal Qmax. Autrement dit, la courbe 21 correspond à un état dégradé de la servovalve.

II est connu de détecter un tel état dégradé. Toutefois, lors de la détection, les performances du turboréacteur sont déjà affectées sensiblement. Il existe donc un besoin de disposer d'un procédé de surveillance efficace d'un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur, afin notamment de pouvoir délivrer un avis de maintenance de ce dispositif de commande avant que le turboréacteur ne soit rendu inopérable ou non performant. On connaît une méthode de surveillance par réseau correcteur de type PID pour « Proportionnel Intégral Dérivé » comportant une étape de détection d'un état stabilisé, une étape de détermination d'une valeur moyenne du courant de commande pendant la détection de l'état stabilisé, et une étape de comparaison de ladite valeur moyenne avec un seuil prédéterminé. Cette méthode permet de prévenir toute panne effective d'un système d'actionnement de géométries variables. Néanmoins, cette méthode de surveillance ne permet pas de déterminer le type de dégradation ni le moment où la panne surviendra. Ainsi, on ne peut pas optimiser les opérations de maintenance pour limiter le temps d'immobilisation sur lequel est monté l'aéronef. Afin d'éliminer au moins certains de ces inconvénients, l'invention concerne une méthode de surveillance d'un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur d'aéronef, le dispositif de commande fournissant un courant de commande (FMV_CUR) à une servovalve pour modifier la position (FMV_POS) du doseur de carburant, la méthode comprenant : une étape de détermination de la position (FMV_POS) du doseur de carburant au cours d'un vol de l'aéronef ; une étape de détermination de la vitesse de déplacement du doseur de carburant ; une étape de détermination du courant de commande (FMV_CUR) lorsque la vitesse de déplacement du doseur de carburant est nulle ; une étape de calcul d'un courant de commande moyen (FMV_CURM) lorsque la vitesse de déplacement du doseur de carburant est nulle, le courant de commande moyen (FMV_CURM) formant un indicateur de dégradation du dispositif de commande ; une étape de comparaison de l'indicateur de dégradation à une base de référence d'indicateurs avec dégradation de manière à en déduire le type de dégradation ; une étape de calcul d'un score d'anormalité pour l'indicateur de dégradation ; une étape de comparaison du score d'anormalité à un seuil de décision d'anomalie propre au type de dégradation ; et une étape de déclenchement d'une alarme en cas de dépassement du seuil de décision d'anomalie. Grâce à l'invention, on peut détecter toute dégradation du dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur et la caractériser. Ainsi, on peut détecter si la dégradation correspond à une dérive positive du courant de commande ou à une dérive négative. De préférence, l'indicateur de dégradation est normalisé en fonction de son écart type et de sa moyenne obtenus sur une pluralité de vols au cours d'une phase d'apprentissage. Ainsi, on obtient un score d'anormalité pertinent qui permet de caractériser de manière précise le type de dégradation. Selon un aspect préféré de l'invention, le score d'anormalité de l'indicateur de dégradation est fonction de la valeur absolue dudit indicateur de dégradation normalisé. De manière préférée, la base de référence d'indicateurs avec dégradation comporte un indicateur 30 de dégradation d'une dérive positive et un indicateur de dégradation d'une dérive négative. Selon un aspect de l'invention, la méthode comporte une étape de comparaison de l'évolution de la pente du score d'anormalité à un seuil d'anormalité maximale avant panne. Ainsi, on peut avantageusement prévoir l'échéance à laquelle la panne va effectivement survenir. On peut ainsi 35 effectuer une opération de maintenance de manière anticipée. De préférence, la valeur du seuil d'anormalité maximale avant panne est définie par apprentissage au cours de plusieurs cycles de vol d'un aéronef sans dégradation. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un graphe qui représente une courbe de fonctionnement d'une servovalve ; la figure 2 est un diagramme schématique de la méthode de surveillance selon l'invention ; et la figure 3 est une représentation d'un afficheur de décision pour analyser les dégradations du dispositif de commande du doseur carburant. Par la suite, la méthode de surveillance va être présentée en relation avec un turboréacteur à double corps comportant un corps basse pression BP et un corps haute pression HP. Le turboréacteur comporte en outre un doseur de carburant FMV pour « Fuel Metering Valve » qui est commandé par une servovalve. La servovalve est commandée par un courant de commande FMV_CUR tel que présenté précédemment. La position du doseur de carburant dépend du courant de commande d'équilibre ou de repos fourni à la servovalve.

Le turboréacteur comporte un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur. Dans cet exemple, le dispositif de commande comporte des moyens de détermination d'une variable représentative du courant de commande FMV_CUR et d'une variable représentative de la position du doseur de carburant FMV_POS. Afin de détecter une dérive positive ou négative du courant de commande FMV CUR, une méthode de surveillance selon l'invention va être présentée en référence à la figure 2 illustrant : une étape (A) d'acquisition de variables ; une étape (B) de traitement de variables ; une étape (C) de classification de dégradations ; une étape (D) de décision de dégradation ; et une étape (E) de pronostic de panne. A. Acquisition de variables Une première étape de la méthode de surveillance consiste à acquérir une variable représentative du courant de commande FMV_CUR et une variables représentative de la position du doseur de carburant FMV_POS. Dans cet exemple, le dispositif de commande comporte une servovalve pour commander la position d'un doseur carburant du turboréacteur. Le dispositif de commande comporte en outre une boucle de régulation de carburant qui permet de calculer le courant de commande de la servovalve pour atteindre le débit de carburant souhaité. Pour acquérir la variable représentative du courant de commande FMV CUR, on acquiert la valeur calculée par la boucle de régulation.

Dans cet exemple, la variable représentative de la position du doseur de carburant FMV_POS est obtenue par consolidation de deux mesures de position acquises par des capteurs de position d'une chaîne de mesure. De préférence, les mesures brutes acquises par les capteurs subissent un prétraitement (tests de zone, d'écart et d'intégrité) qui consiste, de manière classique, à supprimer les mesures aberrantes en les comparant avec la précision du capteur ou la limite physique du capteur ayant réalisé la mesure. B. Traitement des variables Selon l'invention, la variable représentative du courant de commande FMV_CUR n'est extraite que sur une plage de fonctionnement stabilisée du turboréacteur en vol, en particulier, lorsque la vitesse de déplacement du doseur de carburant FMV est nulle. La vitesse de déplacement du doseur de carburant FMV est avantageusement déduite de la position FMV POS, une absence de variation de la position FMV_POS correspondant à une vitesse de déplacement nulle du doseur de carburant FMV. Dans cet exemple de mise en oeuvre, lorsque la vitesse de déplacement est nulle pendant une période déterminée de vol, on réalise la moyenne de la variable représentative du courant de commande FMV_CUR sur ladite période afin d'obtenir un courant de commande moyen 20 FMV_CURM. Le courant de commande moyen FMV_CURM forme un indicateur de dégradation pertinent pour la surveillance d'une panne d'un dispositif de commande d'un doseur carburant FMV étant donné que toute dégradation du courant de commande (une dérive positive ou négative) a une influence sur 25 l'indicateur de dégradation, c'est-à-dire, le courant de commande moyen FMV_CURM. En outre, le courant de commande moyen FMV_CURM est indépendant de la position du doseur carburant FMV, l'important étant que ce dernier soit immobile. Le courant de commande moyen FMV_CURM est également indépendant du débit de carburant injecté dans le turboréacteur ou de 30 la vitesse de rotation du corps haute pression. Ainsi, le courant de commande moyen FMV_CURM forme un indicateur robuste pour la surveillance d'une dégradation. Les évolutions de l'indicateur de dégradation représentatif du courant de commande FMV CURM, dérive négative et dérive positive, sont définies par des lois d'impact qui sont fonction de la sévérité 35 de la dégradation, ici l'intensité de la dérive. Des simulations de boucle de régulation de carburant dans un turboréacteur ont montré que : une variation additive du courant de commande FMV_CUR se traduit par la même variation additive de l'indicateur de dégradation et - la variation de l'indicateur ne dépend pas du contexte, du débit de carburant injecté dans le turboréacteur ou de la vitesse de rotation du corps haute pression Par la suite, pour former un indicateur de dégradation normalisé, on réalise tout d'abord une pluralité d'acquisition de l'indicateur de dégradation (le courant de commande moyen FMV_CURM du doseur de carburant lorsque celui-ci est immobile) sur une pluralité de vols du turboréacteur considéré. Cette phase d'apprentissage permet de former un modèle de normalisation de l'indicateur de dégradation. En pratique, au cours de cette phase d'apprentissage, on calcule la moyenne et l'écart type du courant de commande moyen FMV_CURM à vitesse nulle.

Ensuite, au cours d'une phase de surveillance, on réalise une acquisition de l'indicateur de dégradation (le courant de commande moyen FMV_CURM du doseur de carburant lorsque celui-ci est immobile) pour un vol ayant une potentielle dégradation. L'indicateur de dégradation est normalisé en centrant l'indicateur et en le réduisant au moyen de la moyenne et de l'écart type obtenus au cours de la phase d'apprentissage. C. Classification des indicateurs de dégradation Pour déterminer une dégradation du courant d'équilibre, on forme une base de référence d'indicateurs à laquelle est comparé l'indicateur de dégradation normalisé obtenu suite à la phase de surveillance. Pour former les indicateurs de référence de la base, on utilise les lois d'impacts précédemment présentées pour simuler des dégradations d'intensité déterminée à partir d'indicateurs de dégradation obtenus à partir de vols dénués de dégradation.

Dans cet exemple, le courant de commande moyen FMV CURM est susceptible d'être dégradé par uniquement une dérive positive et une dérive négative. La base de référence comporte ainsi uniquement un indicateur de référence caractéristique d'une dérive positive et un indicateur de référence caractéristique d'une dérive négative. De préférence, la formation des indicateurs de référence avec dégradation est obtenue par apprentissage.

Pour classifier l'indicateur de dégradation obtenu lors du vol de surveillance, celui-ci est comparé aux deux indicateurs de référence afin de déterminer la dégradation la plus probable. Chaque indicateur de dégradation obtenu lors du vol de surveillance est alors associé à un type de dégradation, c'est-à-dire, une dérive positive ou une dérive négative. De manière connue, on réalise une comparaison basée sur les distances géodésiques entre l'indicateur de dégradation obtenu lors du vol de surveillance et les indicateurs de référence comme cela est connu de la demande de brevet FR 2 939 924. D. Décision de dégradation40 Pour détecter une dégradation, on calcule le score d'anormalité pour l'indicateur de dégradation normalisé obtenu lors du vol de surveillance. Dans cet exemple, le score d'anormalité est fonction de la norme de l'indicateur de dégradation, c'est-à-dire, de la valeur absolue du courant de commande moyen FMV CURM. Selon un aspect de l'invention, le score d'anormalité est calculé sur une période temporelle glissante sur cinq vols consécutifs. Le score d'anormalité de l'indicateur de dégradation est ensuite comparé à un seuil de décision d'anomalie qui est propre au type de dégradation déterminé lors de l'étape de classification (seuil de dérive positive ou seuil de dérive négative). De manière connue, les seuils de décision d'anomalie sont obtenus par apprentissage sur une pluralité de vols. En cas de dépassement dudit seuil de décision d'anomalie, il est considéré que la dégradation observée est avérée. Ces seuils de décision d'anomalie sont déterminés en fonction : de la distribution du score d'anormalité observée sur les premiers vols d'apprentissage, de la probabilité par vol d'apparition d'une dérive positive ou négative, d'une éventuelle stratégie de confirmation. E. Pronostic de panne Cette étape permet avantageusement de pronostiquer à partir de quel moment une dégradation du courant de commande (dérive négative ou positive) résultera en une panne effective. Pour ce faire, on obtient, de préférence par apprentissage, un seuil d'anormalité maximale avant panne correspondant au score d'anormalité pour une dégradation d'intensité maximale. Autrement dit, le seuil d'anormalité correspond maximale avant panne au score de l'indicateur de dégradation très peu de temps avant l'apparition effective de la panne. Ces seuils d'anormalité maximale avant panne sont déterminés en fonction des translations maximales du courant de commande au delà desquelles les débits extrêmes du doseur carburant (Qmax et -Qmax voir figure 1) ne sont plus atteignables. Les seuils d'anormalité maximale avant panne sont donc des variables aléatoires. On calcule ensuite le score d'anormalité de l'indicateur de dégradation obtenu lors de la surveillance et on le compare au seuil d'anormalité maximale avant panne. Ensuite, on analyse l'évolution du score d'anormalité pour déterminer à partir de quelle échéance ce dernier va dépasser le seuil d'anormalité maximale avant panne, c'est-à-dire, à quel moment une dégradation va se transformer en une panne. Selon l'invention, la décision sur l'existence ou non d'une panne est basée sur l'évolution du score d'anormalité, l'évolution de sa moyenne ou l'évolution de sa variation (mesure de la pente du score d'anormalité).40 Selon un aspect de l'invention, on souhaite obtenir la probabilité de panne à une échéance donnée. Pour ce faire, on analyse la distribution de la probabilité de dépassement du seuil d'anormalité maximale avant panne au cours du temps, par exemple, sur un certain nombre de vols.

A titre d'exemple, en référence au tableau de la figure 3, on obtient une représentation visuelle de la probabilité de dégradation (couleur du tableau) pour chaque type de dégradation (une dérive positive ou une dérive négative) en fonction du nombre de vols (le nombre de vols étant indiqué par les colonnes du tableau).

Ainsi, dans cet exemple, on détecte une dérive positive du courant de commande FMC CUR. Sa probabilité d'apparition augmente de manière importante à partir du vol n°200 pour être presque certaine à partir du vol N°230. Ainsi, avant même que la panne survienne et que le turboréacteur nécessite une opération de maintenance, on peut prédire l'échéance de la panne grâce à la méthode précédemment présentée. De manière avantageuse, si une opération de maintenance est déjà prévue pour le turboréacteur pour le vol N° 210, on peut remplacer le dispositif de commande de la servovalve. En regroupant les opérations de maintenance, on augmente la disponibilité de l'aéronef ce qui est très 20 avantageux. Il a été précédemment présenté plusieurs phases d'apprentissage pour obtenir, par exemple, des modèles de normalisation des indicateurs de dégradation (moyenne et écart type), des indicateurs de référence, des seuils de décision d'anomalie et des seuils d'anormalité maximale avant panne.

25 De préférence, les phases d'apprentissage sont propres à chaque turboréacteur et sont renouvelées après chaque étape de maintenance afin de suivre de manière précise l'évolution de l'état du turboréacteur. Les étapes de la méthode comportant une phase d'apprentissage sont repérées par une étoile sur la figure 2.

Claims

REVENDICATIONS1. Méthode de surveillance d'un dispositif de commande d'un doseur de carburant d'un turboréacteur d'aéronef, le dispositif de commande fournissant un courant de commande (FMV_CUR) à une servovalve pour modifier la position (FMV_POS) du doseur de carburant, la méthode comprenant : une étape de détermination de la position (FMV_POS) du doseur de carburant au cours d'un vol de l'aéronef ; une étape de détermination de la vitesse de déplacement du doseur de carburant ; une étape de détermination du courant de commande (FMV_CUR) lorsque la vitesse de déplacement du doseur de carburant est nulle ; une étape de calcul d'un courant de commande moyen (FMV CURM) lorsque la vitesse de déplacement du doseur de carburant est nulle, le courant de commande moyen (FMV CURM) formant un indicateur de dégradation du dispositif de commande ; une étape de comparaison de l'indicateur de dégradation à une base de référence d'indicateurs avec dégradation de manière à en déduire le type de dégradation ; une étape de calcul d'un score d'anormalité pour l'indicateur de dégradation ; une étape de comparaison du score d'anormalité à un seuil de décision d'anomalie propre au type de dégradation ; et une étape de déclenchement d'une alarme en cas de dépassement du seuil de décision d'anomalie.
2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle, l'indicateur de dégradation est normalisé en fonction de son écart type et de sa moyenne obtenus sur une pluralité de vols au cours d'une phase d'apprentissage.
3. Méthode selon la revendication 2, dans laquelle, le score d'anormalité de l'indicateur de dégradation est fonction de la valeur absolue dudit indicateur de dégradation normalisé.
4. Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle, la base de référence d'indicateurs avec dégradation comporte un indicateur de dégradation d'une dérive positive et un indicateur de dégradation d'une dérive négative.
5. Méthode selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant une étape de comparaison de l'évolution de la pente du score d'anormalité à un seuil d'anormalité maximale avant panne.
6. Méthode selon la revendication 5, dans laquelle, la valeur du seuil d'anormalité maximale avant panne est définie par apprentissage au cours de plusieurs cycles de vol d'un aéronef sans dégradation.