FR3070965A1 - Moyeu d'helice de soufflante non carenee a zone d'amorce de rupture pour la detection et la prevention des avaries - Google Patents

Moyeu d'helice de soufflante non carenee a zone d'amorce de rupture pour la detection et la prevention des avaries Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un moyeu (24) d'hélice ou de soufflante non carénée (12, 14) de turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant une paroi (26) sensiblement annulaire d'axe A et comprenant des moyens (28) de montage de pales (20, 22) de ladite hélice (12, 14) répartis angulairement de manière régulière autour dudit axe A et montés chacun dans des premières parties (25) dudit moyeu (24), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une zone d'amorce de rupture (29), agencée dans au moins une deuxième partie (27) dudit moyeu (24) configurée pour se rompre prioritairement à toute première partie en cas de sollicitation exceptionnelle dudit moyeu.

Description

Moyeu d’hélice de soufflante non carénée à zone d’amorce de rupture pour la détection et la prévention des avaries
Domaine technique de l’invention:
La présente invention concerne un système de détection des avaries affectant un moyeu d’hélice à pales à calage variable pour une turbomachine du type à soufflante non carénée ou une turbomachine du type à hélice telle qu'un turbopropulseur, un moyeu mis en œuvre dans ce système, et un procédé de surveillance mettant en œuvre ce système de détection et permettant le suivi opérationnel d’un aéronef afin de déclencher, si nécessaire, une opération de maintenance.
État de l’art :
Une turbomachine de ce type comprend typiquement une hélice externe ou deux hélices externes coaxiales et contrarotatives, qui sont entraînées en rotation par une turbine de la turbomachine, et qui s’étendent sensiblement radialement à l’extérieur de la nacelle de cette turbomachine.
Chaque hélice comprend usuellement un moyeu de support de ses pales, qui présente généralement une forme globale annulaire. Ce moyeu est concentrique à l’axe longitudinal de la turbomachine et il comporte une paroi sensiblement annulaire comportant des moyens de montage de pales de ladite hélice qui sont répartis angulairement de manière régulière autour de l’axe de la turbomachine. Ces moyens de montage peuvent être constitués de logements recevant des paliers de guidage en rotation des pivots assurant le maintien des pales, ces logements étant formés dans des ouvertures du moyeu, ou des cheminées d’orientation radiale qui s’étendent à partir de la paroi annulaire du moyeu, et recevant des paliers de guidage en rotation des pieds de pales.
Un moyen d'accouplement relie par ailleurs le moyeu à un élément de rotor de turbine de la turbomachine pour assurer son entraînement.
Les pales peuvent tourner dans les logements et sont pour cela entraînées en rotation autour de leurs axes respectifs par des moyens appropriés de façon à régler le calage angulaire des pales, de façon à optimiser ce calage en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine.
En fonctionnement, les pièces tournantes de la turbomachine, et notamment le moyeu et les pales de l’hélice, sont soumises, à des degrés divers, à des contraintes importantes, qu’elles soient d’ordre mécanique, thermique, aérodynamique, etc.
En particulier, les ouvertures, ou les cheminées dont les logements reçoivent les pieds de pales, tendent à se déformer sous les efforts importants qui s’exercent au niveau des pieds des pales. Ces contraintes soumettent non seulement les zones du moyeu voisines des pieds des pales à des phénomènes d’usure par fatigue, mais sollicitent également le reste du moyeu, dans lequel les sollicitations de fatigue se propagent.
Par ailleurs, le moyeu peut faire l’objet de chocs au cours de son fonctionnement, par exemple lors des opérations de maintenance.
Ces différentes sollicitations peuvent conduire à l'apparition de criques et/ou de fissures dans le moyeu.
Par fissure, on entend une fente d'origine accidentelle survenant dans toute l'épaisseur du matériau du moyeu. Par crique, on entend une fente d'origine accidentelle survenant en surface du matériau du moyeu mais ne se propageant pas dans toute son épaisseur.
En particulier, les criques ou les fissures peuvent se propager jusqu'aux ouvertures ou aux cheminées recevant les pieds des pales, et provoquer une dégradation de ces logements ou cheminées de sorte qu'ils ne sont plus à même d'assurer le maintien des pieds des pales.
Un tel événement doit absolument être évité, car toute perte du maintien des pieds des pales peut entraîner à terme une éjection des pales correspondantes. Outre la perte de capacité motrice et les risques importants de détérioration de la turbomachine qui en résultent, une perte de pale constitue un évènement dangereux.
Pour remédier à cet inconvénient, il est possible de renforcer les moyeux de manière à proposer des chemins d'efforts redondants permettant de garantir le maintien des pivots dans leurs logements même en cas de fissuration d'une partie des logements des cheminées de pieds de pales. Toutefois, une telle conception est particulièrement pénalisante en termes de masse, puisqu'elle implique d'augmenter la masse de la matière mise en œuvre dans la fabrication du moyeu. Une telle conception a donc également pour conséquence d'augmenter la consommation de carburant de l'avion considéré.
Une autre solution consiste à effectuer une surveillance de l'état du moyeu le plus régulièrement et continûment possible au cours de son fonctionnement entre deux opérations de maintenance, de manière à pouvoir diagnostiquer au plus tôt toute amorce de fissuration de la paroi du moyeu ou des ouvertures et/ou cheminées de pieds de pales afin d'éviter une rupture du moyeu pendant son fonctionnement. Une telle surveillance doit surtout permettre d'effectuer un diagnostic quant à la santé du moyeu afin de permettre d'estimer, en cas de détection d'une avarie survenant au moyeu, si l'aéronef peut finir son vol et éventuellement entreprendre d'autres vols avant qu'une opération de maintenance ne soit déclenchée, ou si il doit, tout en maintenant des conditions de sécurité optimales, se diriger vers l'aéroport le plus proche afin de subir une opération de maintenance anticipée.
Plusieurs méthodes de contrôle de l'intégrité d'un composant en temps réel sont connues de l'état de la technique. En particulier, outre les méthodes purement visuelles mettant en œuvre l'intervention d'un opérateur, il est connu de contrôler l'intégrité d'une paroi en l'instrumentant à l'aide de capteurs électriques disposés à des emplacements stratégiques particulièrement sensibles de la paroi.
Dans le cas d’une pièce de formes complexes et, qui plus est, en mouvement, telle qu’un moyeu d’hélice, se pose le problème du nombre de capteurs à disposer sur ce moyeu, du traitement des informations émises par ces capteurs, et de la réception de ces informations.
En particulier, une pièce de formes complexes telles qu'un moyeu de turbopropulseur nécessite une couverture des capteurs électriques qui est adaptée à sa surface, et en particulier un placement des capteurs autour des ouvertures et/ou des cheminées recevant les pivots d'articulation des pales aussi bien que dans des parties intermédiaires du moyeu, afin d'assurer un diagnostic global fiable de l'état du moyeu.
Le grand nombre de points d’implantation des capteurs pose en outre le problème du branchement de ceux-ci. Il est difficilement envisageable d'implanter sur une pièce en mouvement tel qu'un moyeu de turbomachine un grand nombre de capteurs électriques, notamment dans le cas d'un moteur de série, car la multiplicité des branchements qui seraient alors nécessaires impliquerait des contraintes d'intégration de ces branchements et capteurs et imposerait de plus des contraintes importantes de de maintenance afin d'éviter les dysfonctionnements.
Exposé de l’invention :
L'invention propose de remédier à ces inconvénients en utilisant une méthode de contrôle consistant non plus à surveiller tout le moyeu dans sa globalité mais à surveiller uniquement une zone d'amorce de rupture préférentielle, placée sur le moyeu dans une partie de ce moyeu située hors des parties dévolues à la réception des moyens de montage des pales, afin de permettre une détection préventive de toute rupture menaçant l'intégrité du moyeu dans les parties dévolues à la réception des moyens de montage des pales.
Dans ce but, l'invention propose un moyeu d'hélice ou de soufflante non carénée de turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant une paroi sensiblement annulaire d'axe A et comprenant des moyens de montage de pales de ladite hélice répartis angulairement de manière régulière autour dudit axe A et montés chacun dans des premières parties dudit moyeu, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un zone d'amorce de rupture, agencée dans au moins une deuxième partie dudit moyeu configurée pour se rompre prioritairement à toute première partie en cas de sollicitation exceptionnelle dudit moyeu.
Selon d'autres caractéristiques du moyeu :
- ladite au moins une zone d'amorce de rupture comporte au moins une rainure débouchant dans une surface de la paroi du moyeu,
- ladite au moins une zone d'amorce de rupture comporte deux rainures opposées suivant l'épaisseur du moyeu qui débouchent respectivement dans des surfaces interne et externe de la paroi du moyeu,
- le moyeu comporte une série de zones d'amorce de rupture agencées entre les moyens de montage des pales, chaque zone d'amorce de rupture étant agencée à une distance déterminée desdits moyens de montage des pales et étant d'une longueur déterminée, lesdites distance et longueur étant configurées pour que les zones d'amorce de rupture soient hors des première parties du moyeu recevant les moyens de montage des pales,
- chaque zone s'étend dans un plan transversal à l'axe du moyeu et/ou sensiblement suivant un arc autour d'un moyen de montage des pales.
L'invention concerne aussi un premier système de détection de l'apparition de criques ou de fissures sur un moyeu du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte :
- au moins une fibre optique, s’étendant suivant ladite au moins une zone d'amorce de rupture, qui est configurée pour détecter l’apparition d'une crique ou d'une fissure se propageant dans ladite zone d'amorce de rupture jusqu’à ladite fibre ;
- des moyens d’interrogation de ladite fibre configurés pour délivrer des informations représentatives de ladite crique ou fissure.
Selon une autre caractéristique de ce premier système de détection le système de détection comporte :
- des moyens d’émission sans fil, reliés auxdits moyens d’interrogation, qui sont configurés pour émettre un signal contenant les informations représentatives de ladite crique ou fissure, et
- des moyens de réception dudit signal, distants dudit moyeu.
Selon une autre caractéristique de ce système de détection, ladite fibre optique comprend au moins un capteur ponctuel à fibre optique constitué d'un réseau de Bragg formé dans un cœur de ladite fibre, ou un capteur à fibre optique continûment réparti le long de ladite fibre et interrogeable par ondes de Rayleigh, et/ou Raman et/ou Brillouin, et les informations représentatives de ladite crique ou fissure comprennent au moins une information représentative de l’existence de ladite crique et/ou fissure et une information représentative de sa position.
L'invention concerne aussi un deuxième système de détection de l'apparition de criques ou de fissures sur un moyeu du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte :
- ledit moyeu ;
- des moyens de contrôle par caméra d'un motif appliqué dans ladite zone d'amorce de rupture, distants dudit moyeu et fixes par rapport à la turbomachine, configurés pour détecter une déformation dudit motif et pour délivrer en fonction de cette déformation un signal contenant des informations représentatives de l’existence et de la position d'une crique ou fissure dans ladite zone d'amorce de rupture signalée par ladite déformation ;
- des moyens de réception dudit signal, distants dudit moyeu.
L'invention concerne aussi un troisième système de détection de l'apparition de criques ou de fissures sur un moyeu du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte :
- au moins un fil et/ou un capteur piézoélectrique et/ou une jauge d’extensométrie, parcouru(e) par un signal électrique et s’étendant suivant ladite au moins une zone d'amorce de rupture, qui est configuré(e) pour détecter, par la variation d’un signal qui le (la) parcourt, sa rupture ou son élongation signalant l’apparition d'une crique ou d'une fissure se propageant dans ladite zone d'amorce de rupture jusqu’à ladite fibre ;
- des moyens d’interrogation dudit fil, et/ou dudit capteur piézoélectrique et/ou de ladite jauge d’extensométrie, configurés pour délivrer des informations représentatives de ladite crique ou fissure ; et
Selon une autre caractéristique de ce troisième système de détection, le système de détection comporte :
- des moyens d’émission sans fil, reliés auxdits moyens d’interrogation, qui sont configurés pour émettre un signal contenant les informations représentatives de ladite crique ou fissure, et
- des moyens de réception dudit signal, distants dudit moyeu.
Dans chacun de ces premier à troisième systèmes de détection, les moyens de réception comportent au moins une base de données comportant au moins un seuil d’alerte associé à un niveau déterminé des informations de crique et/ou d’une fissure, ledit niveau étant spécifiquement associé à un opérateur dédié, et des moyens d'alerte configurés pour alerter ledit opérateur dédié en réponse au dépassement dudit seuil d’alerte par les informations représentatives de ladite crique ou fissure.
L'invention concerne enfin un procédé de surveillance d’un aéronef mettant en œuvre un système de détection du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'opérateur dédié est un technicien au sol et en ce que le procédé comporte au moins successivement :
- une étape au cours de laquelle, la turbomachine fonctionnant et son moyeu étant tournant, le système de détection alerte ledit technicien au sol du dépassement dudit au moins un seuil d’alerte spécifiquement associé audit technicien au sol ;
- une étape au cours de laquelle, après un retour au sol de l’aéronef, ledit technicien au sol confirme ou infirme la présence de la crique et/ou de la fissure sur le moyeu, afin d'initier éventuellement une opération de maintenance dudit moyeu.
Brève description des figures :
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une turbomachine comportant des hélices contrarotatives ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un premier type de moyeu pour une hélice de turbomachine ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un second type de moyeu pour une hélice de turbomachine ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une turbomachine d’un premier type ;
- la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une turbomachine d’un second type ;
- la figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la paroi d'un moyeu selon l'invention ;
- la figure 7 est une vue en perspective d'un tronçon angulaire de la paroi de la figure 6 associé à un premier système de détection ;
- la figure 8 est une vue en perspective d'un tronçon angulaire de la paroi de la figure 6 associé à un deuxième système de détection ;
- la figure 9 est une vue en perspective d'un tronçon angulaire de la paroi de la figure 6 associé à un troisième système de détection ;
- la figure 10 est une vue schématique en perspective d'une turbomachine d’un premier type équipée du premier système de détection ;
- la figure 11 est une vue schématique en perspective d'une turbomachine d’un premier type équipée du deuxième système de détection ;
- la figure 13 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation du moyeu correspondant à une première disposition de zones de rupture ;
- la figure 14 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation du moyeu correspondant à une deuxième disposition de zones de rupture ;
- la figure 15 est une vue en coupe longitudinale de la paroi d'un moyeu selon l'invention comportant différentes formes de rainures ;
- la figure 16 est une vue schématique d'ensemble d'un système de détection selon l'invention ; et
- la figure 17 est une vue schématique représentant les étapes d'un procédé de détection selon l'invention.
Description détaillée :
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
On a représenté à la figure 1 un moteur constitué d'une turbomachine 10 à hélices motrices propulsives connue de l'état de la technique. De manière connue, une telle turbomachine 10 comporte deux soufflantes ou hélices 12, 14 non carénées et contrarotatives. Pour cette raison, cette turbomachine 10 est connue sous la dénomination anglosaxonne de « open rotor ». L'invention n'est toutefois pas limitée à ce type de turbomachine et trouve aussi à s'appliquer à tout type de turbomachine à hélice(s), qu'il s'agisse d'une turbomachine à soufflante non carénée ou d'un turbopropulseur, que le moteur soit en configuration propulsive ou tractrice.
Dans l'exemple qui a été représenté à la figure 1, la turbomachine comporte pour l'essentiel une nacelle fixe 16 qui reçoit un moteur à turbine à gaz, dont on aperçoit une tuyère 18 et autour duquel sont montées tournantes les hélices 12, 14 de manière contrarotative.
Chaque hélice 12, 14 comporte des pales correspondantes 20, 22 qui sont montées sur un moyeu 24 (non visible sur la figure 1 ).
Comme l'illustrent les figures 2 et 3, le moyeu 24 comporte une paroi 26 sensiblement annulaire d'axe A et des moyens de montage 28 des pales 20 ou 22 de ladite hélice 12 ou 14 qui sont répartis angulairement de manière régulière autour dudit axe A dans des premières parties 25 dudit moyeu 24.
Selon les modes de réalisation des hélices 12, 14, le moyeu 24 peut prendre diverses configurations. Selon un premier mode de réalisation du moyeu 24 qui a été représenté à la figure 2, celui-ci est destiné à une turbomachine 10 comportant des pales 20, 22 qui s'étendent directement à partir de la paroi 26 du moyeu 24. À cet effet, les moyens de montage 28 des pales 20, 22 comportent des ouvertures 30 réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe A du moyeu 24. Les ouvertures 30 sont notamment destinées à former des logements cylindriques radiaux aptes à recevoir des paliers (non visibles sur la figure 2) permettant la rotation des pales autour d'axes radiaux R, afin de permettre leur orientation pour contrôler le rendement propulsif de l'hélice 12, 14 associée. Une turbomachine 10 comportant un tel moyeu 24 a été représentée de manière schématique à la figure 4.
Selon un second mode de réalisation du moyeu 24, dont on a représenté un tronçon angulaire à la figure 3, les moyens de montage 28 des pales comportent des cheminées tubulaires 32 qui s'étendent radialement à partir de la paroi annulaire 26 selon des axes radiaux R et qui sont destinées à délimiter des logements radiaux recevant intérieurement des paliers (non visibles sur la figure 3) permettant la mise en rotation des pales 24. Un tel moyeu 24 est généralement destiné à être entouré par une nacelle tournante 34, cette nacelle entourant l'extrémité des cheminées 32.
D'une manière générale, quel que soit le mode de réalisation du moyeu 24, celui-ci peut être entouré par une nacelle tournante, comme cela a été représenté aux figures 1 et 5.
En fonctionnement, les pièces tournantes de la turbomachine, et notamment les moyeux 24 et les pales 20, 22 des hélices 12, 14, sont soumises, à des degrés divers, à des contraintes importantes, qu’elles soient d’ordre mécanique, thermique, ou aérodynamique. Les ouvertures 30 ou les cheminées 32, qui reçoivent dans leurs logements radiaux les pieds des pales 20, 22, tendent à se déformer sous les efforts importants qui s’exercent au niveau des pieds des pales 20, 22. Ces contraintes soumettent non seulement les zones de la paroi 26 du moyeu 24 qui sont voisines des pieds des pales 20, 22 à des phénomènes d’usure par fatigue, mais également le reste de la paroi 26 du moyeu 24, dans lequel les sollicitations de fatigue se propagent.
En opération, le moyeu 24 peut également faire l'objet de chocs, par exemple lors d’une opération de maintenance.
Ces différentes sollicitations peuvent conduire à l'apparition de criques et/ou de fissures dans le moyeu 24.
Par fissure, on entend une fente d'origine accidentelle survenant dans toute l'épaisseur du matériau du moyeu 24. Par crique, on entend une fente d'origine accidentelle survenant seulement en surface du matériau du moyeu mais ne se propageant pas dans toute son épaisseur.
Ces criques ou fissures peuvent se propager jusqu'aux ouvertures 30 ou aux cheminées 32 recevant les pieds des pales, et provoquer une dégradation rapide des ouvertures 30 ou des cheminées 32 de sorte qu'elles ne soient plus à même d'assurer le maintien des pieds des pales 20, 22.
La problématique liée aux criques et/ou aux fissures est qu'elles ne sont pas nécessairement aisément détectables lorsque la turbomachine 10 est arrêtée. En effet, c'est principalement seulement lorsque le moyeu 24 tourne et est soumis aux efforts, notamment centrifuges, qu’exercent sur lui les pales 20, 22 en fonctionnement, que les bords des criques ou les fissures s’ouvrent et que ces criques ou fissures seraient les plus facilement décelables, par une inspection visuelle ou par toute autre méthode conventionnelle d'imagerie, alors même que précisément la rotation du moyeu interdit l'usage de ces méthodes. Lorsque la turbomachine 10 est arrêtée, ces criques et/ou fissures, quoique présentes, peuvent se refermer et ne peuvent être aisément décelées. Ceci pose un problème en termes de sécurité, car il est en ce cas difficile de prévoir le temps d'exploitation restant de l'aéronef avant qu'il ne doive être soumis à une opération de maintenance visant à remédier à ces criques ou fissures, ce qui peut perturber son planning de vols.
En outre, le suivi de l'évolution d'une crique ou d'une fissure de vol à vol est contraignant, car un tel suivi implique une communication entre les équipes de maintenance basées sur les différents sites d'atterrissage de l'aéronef avec des horaires différents et implique par conséquent la mise en place de moyens de partage de l'information.
Enfin, ces criques et/ou fissures peuvent survenir en vol et se propager de manière rapide sans avoir été détectées lors d'un examen au sol. Or une crique ou une fissure se propageant sur une pièce critique comme le moyeu 24 pose un problème de sécurité quant au maintien des pales 20, 22 et il est donc nécessaire de la détecter au plus tôt, sans attendre le retour au sol de l'aéronef et l’arrêt du moteur.
Jusqu'à présent, un moyen pour contourner cette problématique a été de proposer des moyens 28 de montage des pales 20, 22 comportant des chemins d'efforts redondants permettant de garantir le maintien des pieds de ces pales 20, 22 dans les ouvertures 30 ou dans les cheminées 32, même en cas de rupture partielle de ces ouvertures 30 ou de ces cheminées 32.
Cette conception présente l'inconvénient d'augmenter considérablement la masse des moyeux 24, et par conséquent d'augmenter la consommation de carburant de l'aéronef.
Une autre solution consiste à effectuer une surveillance de l'état global du moyeu 24 au cours de son fonctionnement entre deux opérations de maintenance, de manière à pouvoir diagnostiquer au plus tôt toute crique ou fissure pouvant conduire à une éventuelle rupture de la paroi 26 du moyeu 24 ou des logements et/ou cheminées de pieds de pales, afin d'éviter une rupture du moyeu 24 pendant son fonctionnement. Une telle surveillance doit permettre d'effectuer un diagnostic quant à la durée de vie restante du moyeu 24 afin de permettre à l'aéronef, en cas de détection d'une avarie survenant au moyeu 24, ou en cas d'aggravation d'une crique ou d'une fissure, de regagner l'aéroport le plus proche en toute sécurité.
Plusieurs méthodes de contrôle de l'intégrité d'un matériau sont connues de l'état de la technique. En particulier, outre les méthodes visuelles ou d'imagerie conventionnelle comme les méthodes radiographiques, il est connu, par exemple et de manière non exhaustive, de contrôler en temps réel l'intégrité d'une paroi en l'instrumentant à l'aide de capteurs électriques disposés à des emplacements stratégiques particulièrement sensibles de la paroi. Une telle configuration peut difficilement être appliquée à la paroi 26 d'un moyeu tournant 24, dans la mesure où le grand nombre de capteurs qui seraient nécessaires induiraient nécessairement une multiplication des connexions électriques aux capteurs à la surface de la paroi 26 du moyeu 24, avec ce que cela implique comme contraintes en terme d'intégration dans le moyeu 24 et de maintenance desdites connexions, notamment si l'on considère que le moyeu 24 est une pièce soumise à des contraintes d'utilisations sévères, tels que des contraintes élevées de température et d'humidité, qui impliquent un plan de maintenance soutenu.
En outre, le moyeu 24 étant une pièce rotative, il est compliqué de disposer sur le moyeu 24 l’ensemble du système de détection, et il est donc préférable de le répartir entre le moyeu 24 et la nacelle 16, et d'en relier les sous-ensembles avec un contact électrique tournant ou une liaison radio sans fil.
Or la mise en place d'au moins un élément de contact électrique tournant entre le moyeu 24 et la nacelle 16 fixe de la turbomachine 10 implique aussi des contraintes fortes d'intégration, la prise en compte des phénomènes d'usure des pièces en contact tournant, et des contraintes accrues de maintenance de ce contact tournant.
De même, la mise en place d'au moins un système de liaison radio sans fil implique aussi des contraintes fortes d'intégration et des contraintes accrues de maintenance du système de liaison sans fil, avec pour conséquence un coût de maintenance accru.
Une solution consiste à ne pas à surveiller en temps réel et globalement l'apparition d'une crique ou fissure qui serait directement préjudiciable à l'intégrité du moyeu, mais seulement l'apparition d'une crique ou d'une fissure située dans une partie du élément prévue pour se rompre prioritairement en cas de sollicitation anormale du moyeu uniquement dans une partie déterminée du moyeu n’affectant pas l’intégrité du moyeu, la rupture de cet élément stigmatisant une sollicitation anormale et permettant de prévenir l'apparition de toute crique ou fissure dans une autre partie du moyeu qui serait préjudiciable à son intégrité et au maintien des moyens de montage des pales.
Dans ce but, comme l’illustrent les figures 6 à 9 et la figure 14, l'invention propose un moyeu 24 d'hélice ou de soufflante non carénée 12, 14 de turbomachine du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un zone 29 d'amorce de rupture, agencée dans au moins une deuxième partie 27 dudit moyeu qui est configurée pour se rompre prioritairement à toute première partie en cas de sollicitation exceptionnelle dudit moyeu.
Dans la présente demande, on entend par sollicitation exceptionnelle” du moyeu, toute contrainte mécanique qui dépasse un seuil d’intensité au-delà duquel une détérioration de la pièce peut apparaître. Une telle contrainte peut être le résultat d’un évènement extérieur accidentel s’exerçant sur le moyeu ou d’une sollicitation exercée par les pales des hélices 12 ou 14 selon une intensité supérieure aux sollicitations prévues en fonctionnement normal de la turbomachine 10.
Cette configuration est particulièrement avantageuse car elle permet de détecter la rupture de la zone 29 d’amorce de rupture avant qu’une rupture ne survienne dans la première partie 25 recevant les moyens de montage des pales. La rupture prioritaire de la zone d’amorce de rupture 29 permet donc de diagnostiquer préventivement toute atteinte à l’intégrité du moyeu avant qu’un incident ne survienne dans la première partie 25.
De préférence, comme l’illustrent les figures 6 à 9 et 14, la zone d'amorce de rupture 29 comporte au moins une rainure 31 débouchant dans une surface 33a ou 33b de la paroi 26 du moyeu 24. La présence de la rainure 29 permet à la paroi 26 du moyeu de présenter une épaisseur réduite « e » au droit de la rainure 31, de sorte que la résistance de la paroi du moyeu 24 se trouve amoindrie dans la zone d’amorce de rupture 29.
De préférence, comme l’illustre la figure 6, la zone d'amorce de rupture 29 comporte deux rainures opposées 31 suivant l'épaisseur E du moyeu 24 qui débouchent respectivement dans des surfaces interne 33a et externe 33b de la paroi 26 du moyeu 24. Il sera donc compris que le moyeu 24 présente donc une épaisseur amoindrie e entre les deux rainures 31 opposées.
Comme on le voit sur la figure 6, le moyeu peut comporter par exemple deux zones 29 d’amorce de rupture dans deux deuxièmes parties qui sont situées de part et d’autres de la première partie 25 du moyeu recevant les moyens 28 de montage de pales 20, 22.
D’autres configurations peuvent être envisagées. Comme l’illustrent les figures 13 et 14, le moyeu 24 peut comporter une série de zones d'amorce de rupture 29 agencées entre les moyens 28 de montage des pales, chaque zone d'amorce de rupture étant agencée à une distance d1 déterminée des moyens 28 de montage des pales et étant d'une longueur 11 déterminée. Les distance d1 et longueur 11 sont configurées pour que les zones d'amorce de rupture 29 soient hors des première parties 25 du moyeu 24 recevant les moyens 28 de montage des pales, afin qu’une fissure ou une crique affectant une zone d’amorce de rupture 29 n’atteigne en aucun cas de première partie 25 et ne risque pas de s’étendre aux moyens 28 de montage des pales.
Comme l’illustrent les figures 13 et 14, chaque zone 29 peut s'étendre dans un plan P transversal à l'axe A du moyeu 24 et/ou sensiblement suivant un arc autour d'un moyen 28 de montage des pales. Par exemple, la figure 13 représente des zones 29 d’amorce de rupture s’étendant uniquement dans le plan P, et la figure 14 représente des zones 29 d’amorce de rupture s’étendant dans le plan P et suivant des arcs autour des moyens 28 de montage des pales.
Comme l’illustre la figure 15, les rainures 31 peuvent présenter diverses sections. Ainsi, chaque rainure 31 peut présenter une section en U et être ainsi délimitée par une paroi incurvée 35, ou présenter une section en V et être ainsi délimitée par deux parois 37 jointives suivant une arête 39, ou encore présenter une section carrée ou rectangulaire et être ainsi délimitée par trois parois 41 jointives selon deux arêtes 43.
Dans cette configuration, l’apparition d’une crique ou d’une fissure dans la deuxième partie 27 se produisant prioritairement dans la zone 29 d’amorce de rupture 29, la détection de celle-ci peut être effectuée selon deux procédés.
Selon un premier procédé de surveillance non automatisé, la détection de l’apparition d’une crique ou fissure peut être effectué avec la turbomachine 10 arrêtée, par un simple examen visuel effectué par un opérateur en charge de la maintenance. Cette configuration correspond au procédé de surveillance le plus simple.
La détection peut aussi être effectuée selon un procédé de surveillance automatisé, qui est mis en œuvre avec différents systèmes de détection 44 associés à la turbomachine 10.
Selon une premier mode de réalisation d’un système de détection 44 de l'apparition de criques ou de fissures, celui-ci comporte un moyeu 24 du type décrit précédemment et au moins une fibre optique 36a s’étendant suivant ladite au moins une zone d'amorce de rupture 29 du moyeu 24, qui est configurée pour détecter l’apparition d'une crique ou d'une fissure se propageant dans ladite zone d'amorce de rupture jusqu’à ladite fibre 36a. A cet effet, comme l’illustre la figure 7, la fibre optique 36a est fixée au fond de la rainure 31.
Comme l’illustre la figure 10, le système 44 selon ce premier mode de réalisation peut comporter des moyens d’interrogation 40 de ladite fibre 36a, fixés sur le moyeu 26, qui sont configurés pour délivrer des informations représentatives de ladite crique ou fissure. Le système 44 comporte aussi des moyens d’émission sans fil 42, reliés auxdits moyens d’interrogation 40 qui sont configurés pour émettre un signal contenant les informations représentatives de ladite crique ou fissure. Le système 44 comporte enfin des moyens 46 de réception du signal, distants dudit moyeu 24. Ces moyens 46 peuvent être agencés dans l’aéronef, par exemple sur la nacelle 46 de la turbomachine 10, mais ils pourraient aussi être agencés dans un poste de pilotage de l’aéronef, à disposition du pilote de l’aéronef.
Ces moyens 46 de réception du signal peuvent aussi ne pas faire partie de l’aéronef, et être basés au sol.
Les moyens d’interrogation 40 et les premiers moyens d’émission sans fil 42 peuvent être portés par la paroi du moyeu 26, comme cela a été représenté à la figure 10. II sera compris que, en variante (non représentée), les moyens d’interrogation 40 et les moyens d’émission sans fil 42 pourraient être portés par la nacelle de la turbomachine, les moyens d'interrogation 40 étant agencés sur la nacelle 16 à proximité immédiate de la fibre optique 36, et visant ladite fibre 36a.
Conventionnellement, dans sa plus simple expression, la fibre 36a peut être passive, c'est-à-dire qu'elle transmet simplement la lumière émise par une source lumineuse. Dans cette configuration, la fibre optique est associée à des capteurs (non représentés) qui sont reliés à ladite fibre 36a et disposés à l’intérieur de la rainure 31, et qui sont susceptibles de transmettre des informations aux moyens d'interrogation par l'intermédiaire de la fibre 36a. Cette configuration connue de l'état de la technique, même si elle réduit le nombre de connexions aux différents capteurs, ne réduit pas le nombre de ces capteurs. Les capteurs optiques utilisés sont dits extrinsèques car destinés uniquement à transmettre la lumière en provenance et à destination de l'élément de détection le long de la fibre optique.
Dans un des modes de réalisation préférés de l'invention, comme représenté aux figures 7 et 10, la fibre optique 36a peut comprendre au moins un réseau de Bragg formé dans un cœur de ladite fibre et constituant un capteur ponctuel, et elle peut de préférence comprendre une pluralité de réseaux de Bragg. La fibre 36a peut aussi constituer elle-même un capteur à fibre optique continûment réparti le long de ladite fibre lorsqu'elle est interrogée par diffusion de Rayleigh, et/ou de Raman et/ou de Brillouin.
La fibre optique 36a constitue alors un capteur dit intrinsèque car elle constitue elle-même l’élément de détection. Elle est susceptible, lorsqu'elle est interrogée par les moyens d'interrogation 40, de transmettre des informations représentatives de ladite crique ou fissure se propageant dans la rainure 31.
Pour mémoire, une fibre optique comportant un réseau de Bragg comprend au moins capteur ponctuel à fibre optique constitué d'un réseau de Bragg formé dans un cœur de ladite fibre, ou un capteur à fibre optique continûment réparti le long de ladite fibre et interrogeable par rétrodiffusion de Rayleigh, et/ou Raman et/ou Brillouin. Les informations représentatives de ladite crique ou fissure comprennent au moins une information représentative de l’existence de ladite crique et/ou fissure et une information représentative de sa position.
Une fibre optique est constituée d'un fil de verre ou de matière plastique très fin qui transmet la lumière. De l’intérieur vers l’extérieur, elle comporte un cœur, une gaine et généralement un fourreau de protection. La lumière se propage dans le cœur et est réfléchie par la gaine afin de limiter les pertes d'intensité lumineuse. A cet effet, le cœur est configuré avec un indice de réfraction plus élevé que la gaine, permettant ainsi une réflexion totale de la lumière dans la gaine. Selon l’utilisation, le fourreau de protection extérieur peut assurer, quant à lui, la protection mécanique et chimique de la fibre.
Les capteurs optiques intrinsèques, et en particulier les capteurs FBG (acronyme anglo-saxon de Fiber Bragg Grating ou réseau de Bragg sur fibre) appartiennent à une technologie largement utilisée et connue de l'état de la technique, mais qui n'a jusqu'ici pas été appliquée à un moyeu de turbomachine. De tels capteurs optiques réfléchissent, parallèlement à leur axe, une radiation lumineuse dont la longueur d'onde varie avec les variations de température ou de contrainte mécanique.
Les capteurs FBG sont intégrés à la fibre optique et comportent de courtes sections de fibre qui sont photosensibles à une distribution périodique de l'intensité lumineuse, ces sections étant obtenues par exposition locale de la fibre à des procédés holographiques ou à un masque de phase. Au cours de la fabrication de la fibre, l'indice de réfraction de la fibre photosensible est modifié de façon permanente en fonction de l'intensité lumineuse à laquelle elle est soumise. La perturbation périodique de l'indice de réfraction qui en résulte est appelée réseau de Bragg sur fibre.
Un faisceau lumineux à large spectre envoyé dans une fibre vers un FBG voit les réflexions émises par chaque segment d'indice de réfraction alterné interférer de manière constructive uniquement pour une longueur d'onde particulière appelée longueur d'onde de Bragg. Ainsi, le FBG reflète une fréquence spécifique de lumière mais transmet toutes les autres, selon l’équation :
Àb =2nA ou Ab représente la longueur d'onde de Bragg, n l'indice de réfraction effectif du cœur de la fibre, et Λ le pas du réseau.
Comme la longueur d'onde de Bragg dépend, d'après l'équation qui précède, du pas du réseau A, les FBG peuvent être fabriqués avec des longueurs d'onde de Bragg variées, ce qui permet à différents FBG de réfléchir des longueurs d'onde de lumière uniques.
Un réseau de Bragg est sensible aux variations de contrainte et de température. En effet, ces variations affectent à la fois l'indice de réfraction effectif n et le pas du réseau A du FBG, ce qui se traduit par un décalage de la longueur d'onde réfléchie, selon l'équation :
=(1 -pjv + m.,
As-, où ΔΑ est le décalage de la longueur d'onde et Ào la longueur d'onde initiale.
Comme on le voit, le premier terme de l’équation concerne l'influence de la contrainte sur le décalage de la longueur d'onde ΔΑ, où pe est le coefficient de contrainte-optique et ε est la contrainte subie par le réseau. Le second terme concerne l'influence de la température sur le décalage de la longueur d'onde ΔΑ, où αΛ est le coefficient de dilatation thermique et an le coefficient thermo-optique. an décrit la variation de l'indice de réfraction tandis que αΛ décrit la dilatation du réseau, ces deux valeurs étant toutes deux dues à la température.
Comme un FBG réagit aussi bien à la contrainte qu'à la température, les capteurs de contraintes FBG ne permettent pas de mesurer indépendamment la contrainte sans compenser les effets de la température sur le FBG. A cet effet, on peut disposer un capteur de température FBG à proximité thermique d'un capteur de contrainte FBG. On soustrait le décalage de la longueur d'onde du capteur de température FBG au décalage de la longueur d'onde du capteur de contrainte FBG, ce qui permet de supprimer la seconde expression de l'équation précédente. On en déduit une valeur de la contrainte.
D'autres méthodes existent, comme la superposition de réseaux de différentes longueurs d’ondes, par exemple.
Les FBG peuvent aussi être configurés en réalisant un multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM). On peut ainsi relier en cascade plusieurs capteurs avec des longueurs d'onde de Bragg différentes pour une seule et même fibre et pour de longues distances. Le multiplexage par répartition en longueur d'onde garantit à chaque capteur FBG sa gamme de longueurs d'onde unique à l'intérieur du spectre lumineux.
Le nombre de capteurs FBG que l'on peut intégrer à l'intérieur d'une seule et même fibre dépend de la gamme de longueurs d'onde de fonctionnement de chaque capteur et de la gamme de longueurs d'onde totale disponible du moyen d’interrogation. Comme les décalages de longueur d'onde dus à la contrainte sont généralement plus prononcés que ceux dus à la température, les gammes de longueurs d'onde des capteurs de contrainte FBG sont plus grandes que celles des capteurs de température FBG. Comme les moyens d’interrogation conventionnels offrent une gamme de mesure de 60 à 80 nm, tous les réseaux de fibres des capteurs peuvent sensiblement comprendre entre un et 80 capteurs.
Avec des longueurs d'onde de capteurs FBG types de l'ordre de quelques nanomètres, les moyens d’interrogation à fibre optique sont capables d'effectuer des mesures avec une résolution de quelques picomètres ou moins.
Il existe plusieurs types de moyens d’interrogation aptes à interroger les capteurs à fibre optique FBG.
On connaît en particulier les dispositifs à couplage de charges (CCD) et à un élément dispersif fixe, parfois appelés dispositifs à conversion de position de longueur d'onde. Ces dispositifs utilisent une source à large bande qui illumine le ou les FBG. L'onde lumineuse réfléchie est transmise à travers un élément dispersif qui distribue les différentes composantes de longueur d'onde de la réflexion vers différents endroits sur un capteur CCD linéaire.
On peut également utiliser un laser Fabry-Perot accordable afin de créer un laser à balayage rapide et haute puissance, en remplacement de la source lumineuse à large bande traditionnellement faible. Un laser accordable concentre l'énergie dans une bande étroite, garantissant ainsi une source lumineuse à haute intensité dotée d'un bon rapport signal/bruit. La puissance optique élevée générée par cette architecture permet de coupler une unique source lumineuse à plusieurs voies du réseau de fibres, ce qui permet de réduire la complexité des moyens d’interrogation multivoies, et donc leur coût. Les moyens d’interrogation s'articulant autour de l'architecture des lasers accordables balaient une bande de lumière très étroite sur une gamme de longueurs d'onde tout en utilisant de manière synchrone un photodétecteur afin de mesurer les réflexions du ou des FBG. Lorsque la longueur d'onde du laser accordable correspond à la longueur d'onde de Bragg, le photodétecteur détecte une réponse correspondante. La longueur d'onde à laquelle cette réponse se produit correspond à la contrainte à laquelle est soumis le FBG, et peut notamment permettre d'analyser la contrainte à laquelle est soumis le FBG lorsqu’il repose par exemple sur un matériau qui est traversé par une crique ou une fissure.
L’utilisation de capteurs à fibre optique FBG pour la détection de criques et/ou de fissures dans un moyeu d’hélice permet de surmonter bon nombre des difficultés associées à la mesure électrique en ayant recours à la lumière plutôt qu'à l'électricité et aux fibres optiques plutôt qu'aux câbles en cuivre. Les capteurs à fibre optique et FBG sont non conducteurs, électriquement passifs et insensibles à toute interférence électromagnétique. L'interrogation par moyen d’interrogation avec un laser accordable haute puissance permet des mesures sur de longues distances avec peu, voire aucune perte au niveau de l'intégrité du signal. De plus, contrairement aux systèmes de mesure électriques, chaque voie optique peut mesurer des dizaines de capteurs FBG, réduisant ainsi considérablement la taille, le poids et la complexité du système de mesure.
En variante, les déformations mécaniques du moyeu peuvent être mesurées par de capteurs optiques uniformément répartis, c'est à dire une fibre optique monomode, selon le principe de la mesure par rétrodiffusion de Brillouin.
Un dispositif de mesure par rétrodiffusion de Brillouin comporte généralement une fibre optique monomode qui est destinée à équiper l'installation à surveiller, et un système optique relié optiquement à la fibre optique et adapté pour faire une mesure selon le principe de la mesure Brillouin afin de déterminer la déformation le long de la première fibre optique.
Ainsi, lors de la mise en œuvre d'un tel dispositif de mesure, la fibre optique 36a est disposée dans la rainure 31 du moyeu 26. Il est possible de mesurer, le long de la fibre optique au moyen du système optique, un phénomène de rétrodiffusion Brillouin.
Les pics de rétrodiffusion Brillouin ainsi mesurés présentent un décalage en fréquence directement lié aux déformations exercées le long de la fibre optique 36a et à la température le long de cette même fibre optique 36a. La relation qui relie le décalage Δν en fréquence d'un pic de rétrodiffusion Brillouin, les déformations ε exercées et la température T le long de la fibre optique est la suivante :
Jv = £. - £o) + CTiÇT - TO) où CE représente le coefficient de calibrage en déformation, CTi le coefficient de calibrage en température, et εο et T0 respectivement une déformation et une température de référence.
Un tel dispositif de mesure par rétrodiffusion de Brillouin permet donc, pour une température le long de la fibre connue et un coefficient de calibrage CE connu de déterminer les variations de déformation le long de la fibre optique. De plus, un tel dispositif, par une mesure de temps de vol du signal, permet également de précisément localiser la mesure le long de la fibre. Il est bien entendu possible, de la même façon que pour le FBG de compenser les effets de la température par un dispositif de mesure Raman, qui ne mesure que la température, afin de n'en déduire que les effets de la seule déformation mécanique.
En variante, les déformations mécaniques du moyeu peuvent aussi être mesurées avec une telle fibre monomode selon le principe de la mesure par diffusion de Rayleigh, qui permet une mesure de la déformation et de la température, en la combinant avec une mesure par diffusion de Raman, qui permet une mesure de la seule température, pour en déduire la valeur de la déformation.
Selon un deuxième mode de réalisation d’un système de détection 44 de l'apparition de criques ou de fissures qui a été représenté à la figure 11, celui-ci comporte un moyeu 24 du type décrit précédemment et des moyens de contrôle par caméra 40 d'un motif 36b appliqué dans ladite zone d'amorce de rupture 29, comme représenté à la figure 11. Le motif 36b est plus particulièrement appliqué dans la rainure 31, comme l’illustre la figure 8. Les moyens 40 de contrôle par caméra sont distants du moyeu 24 et fixes par rapport à la turbomachine, et ils sont à cet effet par exemple portés par un pylône 48 supportant la turbomachine. Les moyens 40 de contrôle par caméra sont configurés pour détecter une déformation du motif 36b et pour délivrer en fonction de cette déformation un signal contenant des informations représentatives de l’existence et de la position d'une crique ou fissure dans la zone d'amorce de rupture 29, cette crique ou fissure étant signalée par la déformation du motif 36b.
Ce deuxième mode de réalisation du système de détection 44 comporte aussi des moyens 46 de réception du signal, distants du moyeu 24. Ces moyens 46 peuvent être agencés dans l’aéronef, par exemple sur la nacelle 46 de la turbomachine 10 comme cela a été représenté à la figure 11 qui les représente reliés au moyens 40 de contrôle par caméra par une liaison filaire 45. Ils pourraient aussi être agencés dans un poste de pilotage de l’aéronef, à disposition du pilote de l’aéronef.
Ces moyens 46 de réception du signal pourraient aussi ne pas faire partie de l’aéronef, et être basés au sol, et en ce cas ils seraient reliés aux moyens 40 de contrôle par caméra par une liaison sans fil.
Selon une troisième mode de réalisation d’un système de détection 44 de l'apparition de criques ou de fissures qui a été représenté à la figure 12, celui-ci comporte un moyeu 24 du type décrit précédemment et au moins un fil, et/ou un capteur piézoélectrique, et/ou une jauge d’extensométrie 36c, parcouru(e) par un signal électrique et s’étendant suivant ladite au moins une zone d'amorce de rupture, qui est configuré(e) pour détecter, par la variation du signal qui le ou la parcourt, sa rupture ou son élongation signalant l’apparition d'une crique ou d'une fissure se propageant dans la zone d'amorce de rupture 29 jusqu’audit fil piézoélectrique ou capteur 36c.
Le principe de fonctionnement d’un capteur filaire est relativement simple. La rupture du fil interrompt le signal qui le parcourt, ce signal pouvant être continu comme un simple courant électrique.
Un capteur piézoélectrique repose sur la déformation d’un cristal. Un capteur piézoélectrique convenablement fixé sur une paroi, en cas de déplacement, de la paroi, voit le signal qui le traverse effectuer un pic, caractéristique du mouvement de la paroi.
Enfin, une jauge d’extensométrie, ou jauge de déformation, repose sur le principe de la variation de sa résistance, variation qui peut être aisément détectée en mesurant le courant qui la traverse ou la tension à ses bornes.
Comme l’illustre la figure 9 qui représente de manière schématique plus spécifiquement un fil ou une jauge d’extensométrie 36c, le fil ou la jauge d’extensométrie 36c s’étend par exemple transversalement dans la rainure 31 de manière que l’ouverture de la crique ou de la fissure dans la rainure 31 provoque l’écartement de ses bords, et par conséquent l’élongation de la jauge 36c ou la rupture du fil 36c.
Comme l’illustre la figure 12, le système 44 selon ce troisième mode de réalisation comporte des moyens d’interrogation 40 dudit fil, et/ou dudit capteur piézoélectrique et/ou de ladite jauge d’extensométrie 36c fixés sur le moyeu 26, qui sont configurés pour délivrer des informations représentatives de ladite crique ou fissure. Le système 44 comporte aussi des moyens d’émission sans fil 42, reliés auxdits moyens d’interrogation 40 qui sont configurés pour émettre un signal contenant les informations représentatives de ladite crique ou fissure Le système 44 comporte enfin des moyens 46 de réception du signal, distants dudit moyeu 24. Ces moyens 46 peuvent être agencés dans l’aéronef, par exemple sur la nacelle 46 de la turbomachine 10, mais ils pourraient aussi être agencés dans un poste de pilotage de l’aéronef, à disposition du pilote de l’aéronef.
Ces moyens 46 de réception du signal peuvent aussi ne pas faire partie de l’aéronef, et être basés au sol.
Indépendamment du caractère quantitatif de la détection, l'invention a ceci de particulièrement avantageux qu'elle peut permet également une détection sélective, en ce sens qu'elle peut être adressée sélectivement à différents types d'opérateurs, avec des niveaux d'appréciation de la formation des criques et/ou/ou fissures, chaque niveau correspondant respectivement au type d'opérateur auquel il est dédié.
La figure 16 illustre un système de détection 44 comportant des moyens de réception 46 basés au sol, dédiés à un technicien au sol, étant entendu qu’une configuration semblable trouverait à s’appliquer à des moyens de réception 46 embarqués dédiés à un pilote de l’aéronef.
Ces moyens de réception 46 comportent au moins une base de données 50 qui peut, de manière non limitative de l'invention, comporter au moins un seuil d’alerte associé à un niveau déterminé de criticité des informations de crique et/ou d’une fissure. Ce niveau est spécifiquement associé à un technicien au sol 54, et des moyens d'alerte 51 sont configurés pour alerter ce technicien 54 en réponse au dépassement dudit seuil d’alerte par les informations représentatives de la crique ou fissure.
Il sera compris que des moyens de réception 46 embarqués pourraient comporter au moins un seuil d’alerte différent associé à un niveau déterminé différent de criticité des informations de crique et/ou d’une fissure, spécifiquement associé à un pilote de l’aéronef et en ce cas des moyens d'alerte spécifiques seraient configurés pour alerter le pilote du dépassement dudit seuil d’alerte par les informations représentatives de la crique ou fissure.
Il sera compris que cette disposition n'est pas limitative et qu'un même seuil d'alerte pourrait être aussi dédié au pilote et au technicien au sol 54.
Avantageusement, le seuil d'alerte dédié au technicien au sol 54 permet de planifier des opérations de maintenance préventive ou curative alors même que l'aéronef est encore en vol.
À cet effet, comme l'illustre la figure 16, les moyens de réception 46 reçoivent le signal représentatif des informations de crique ou de fissure dans la zone d’amorce de rupture 29 par une liaison sans fil.
Les moyens de réception 46 sont donc configurés pour être accessibles par un technicien au sol 54.
Avantageusement, comme l'illustre la figure 17, cette configuration spécifique permet de surveiller un aéronef équipé d'un tel système de détection 44, et plus particulièrement sa turbomachine 10, selon un procédé particulièrement avantageux.
Dans une étape préalable ET1 de ce procédé de surveillance, le système 44 procède à une vérification du réseau de fibres 36a, du motif 36b, ou du fil ou capteur piézoélectrique 36c et du moyen d'interrogation ou des moyens 40 de contrôle par caméra afin de vérifier que les informations récoltées par le réseau de fibres 36a, le motif 36b, ou le fil ou capteur piézoélectrique 36c correspondent bien à une absence totale de crique ou fissure dans la rainure 31, et dans l'affirmative, le procédé aboutit à une étape ET2 au cours de laquelle aucune alerte n'est émise.
Dans le cas contraire, la présence d'une ou plusieurs criques ou fissures conduit à une réponse négative quant à la conformité du réseau de fibres, ce qui conduit le procédé à une étape ET3 au cours de laquelle les informations collectées par les fibres 36a, le motif 36b, le fil ou capteur piézoélectrique 36c et le moyen d'interrogation 40 ou les moyens 40 de contrôle par caméra sont traitées dans un algorithme de diagnostic pour aboutir dans une étape ET4 à un pronostic d'évolution de la défaillance.
Ce pronostic est alors comparé aux seuils détenus dans la base de données 50 précédemment décrite et déclenche, en cas de franchissement d’un seuil d’alerte spécifiquement dédié au technicien au sol 54, l’émission d'une alerte à l'intention du technicien au cours d’une étape ET5.
Puis, en réponse à la réception de cette alerte, le technicien au sol 54 confirme ou infirme la présence de la crique et/ou de la fissure sur le moyeu au cours d'une étape ET6 du procédé de surveillance. Si nécessaire, il initie alors une opération de maintenance du moyeu 24.
Avantageusement, le technicien au sol 54 peut avoir la possibilité de comparer la réparation effectuée au niveau d'alerte qui a été reçu au cours de l'étape ET5 afin de vérifier que celui-ci est bien en corrélation avec la réparation effectuée. On peut ainsi prévoir une étape ET7 au cours de laquelle le technicien au sol 54 effectue un retour de cette information dans la base de données 50 de manière à valider ou amender les seuils contenus dans ladite base de données 50. Le technicien au sol 54, en ce cas, met donc à jour ledit seuil d’alerte concerné dans la base de détection, en fonction de la pertinence de l’alerte reçue relativement à la crique et/ou fissure effectivement constatée.
Ainsi, de par sa grande réactivité, le système 44 de détection de criques et/ou de fissures selon l'invention permet contribuer à garantir la 5 sécurité en vol d'une turbomachine 10 équipée d'un moyeu 24 ; ce moyeu 24 n’étant pas surdimensionné, et il permet également d'en programmer la maintenance dès lors que celle-ci s'avère nécessaire.
L'invention permet donc une optimisation des coûts de fabrication d'une turbomachine 10 équipée d'un tel système et permet également de 10 réduire la masse de la turbomachine considérée.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Moyeu (24) d'hélice ou de soufflante non carénée (12, 14) de turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant une paroi (26) sensiblement annulaire d'axe A et comprenant des moyens (28) de montage de pales (20, 22) de ladite hélice (12, 14) répartis angulairement de manière régulière autour dudit axe A et montés chacun dans des premières parties (25) dudit moyeu (24), caractérisé en ce qu’il comporte au moins une zone d'amorce de rupture (29), agencée dans au moins une deuxième partie (27) dudit moyeu (24) configurée pour se rompre prioritairement à toute première partie en cas de sollicitation exceptionnelle dudit moyeu.
  2. 2. Moyeu (24) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite au moins une zone d'amorce de rupture (29) comporte au moins une rainure (31) débouchant dans une surface de la paroi du moyeu.
  3. 3. Moyeu (24) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite au moins une zone d'amorce de rupture (29) comporte deux rainures (31) opposées suivant l'épaisseur (E) du moyeu qui débouchent respectivement dans des surfaces interne (33a) et externe (33b) de la paroi (26) du moyeu (24).
  4. 4. Moyeu (24) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comporte une série de zones d'amorce de rupture (29) agencées entre les moyens (28) de montage des pales, chaque zone (29) d'amorce de rupture étant agencée à une distance déterminée (d1) desdits moyens de montage des pales et étant d'une longueur déterminée (11), lesdites distance (d1) et longueur (11) étant configurées pour que les zones d'amorce de rupture (29) soient hors des première parties (25) du moyeu (24) recevant les moyens (28) de montage des pales.
  5. 5. Moyeu (24) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque zone (29) s'étend dans un plan (P) transversal à l'axe (A) du moyeu (24) et/ou sensiblement suivant un arc autour d'un moyen (28) de montage des pales.
  6. 6. Système de détection (44) de l'apparition de criques ou de fissures sur un moyeu (24) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte :
    - au moins une fibre optique (36a), s’étendant suivant ladite au moins une zone d'amorce de rupture, qui est configurée pour détecter l’apparition d'une crique ou d'une fissure se propageant dans ladite zone d'amorce de rupture (29) jusqu’à ladite fibre (36a) ;
    - des moyens d’interrogation (40) de ladite fibre (36a) configurés pour délivrer des informations représentatives de ladite crique ou fissure ;
  7. 7. Système de détection (44) selon la revendications précédente, caractérisé en ce que ladite fibre optique (36a) comprend au moins un capteur ponctuel à fibre optique constitué d'un réseau de Bragg formé dans un cœur de ladite fibre (36a), ou un capteur à fibre optique continûment réparti le long de ladite fibre (36a) et interrogeable par ondes de Rayleigh, et/ou Raman et/ou Brillouin, et en ce que les informations représentatives de ladite crique ou fissure comprennent au moins une information représentative de l’existence de ladite crique et/ou fissure et une information représentative de sa position.
  8. 8. Système de détection (44) de l'apparition de criques ou de fissures sur un moyeu (24) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte :
    - au moins un fil et/ou un capteur piézoélectrique et/ou une jauge d’extensométrie (36c), parcouru(e) par un signal électrique et s’étendant suivant ladite au moins une zone d'amorce de rupture (29), qui est configuré pour détecter, par la variation du signal qui le (la) parcourt, sa rupture ou son élongation signalant l’apparition d'une crique ou d'une fissure se propageant dans ladite zone d'amorce de rupture (29) jusqu’audit fil, capteur piézoélectrique ou jauge d’extensométrie (36c) ;
    - des moyens d’interrogation (40) dudit fil et/ou capteur piézoélectrique et/ou jauge d’extensométrie (36c), configurés pour délivrer des informations représentatives de ladite crique ou fissure ;
  9. 9. Système de détection (44) selon l’un des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’il comporte :
    - des moyens d’émission sans fil (42), reliés auxdits moyens d’interrogation (40), qui sont configurés pour émettre un signal contenant les informations représentatives de ladite crique ou fissure, et
    - des moyens (46) de réception dudit signal, distants dudit moyeu (24).
  10. 10. Système de détection (44) de l'apparition de criques ou de fissures sur un moyeu (24) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte :
    - ledit moyeu (24) ;
    - des moyens de contrôle par caméra (40) d'un motif (36b) appliqué dans ladite zone d'amorce de rupture (29), distants dudit moyeu (24) et fixes par rapport à la turbomachine, configurés pour détecter une déformation dudit motif (36b) et pour délivrer en fonction de cette déformation un signal contenant des informations représentatives de l’existence et de la position d'une crique ou fissure dans ladite zone d'amorce de rupture (29) signalée par ladite déformation ;
    - des moyens (46) de réception dudit signal, distants dudit moyeu (24).
  11. 11. Système de détection (44) selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les moyens de réception (46) comportent au moins une base de données (50) comportant au moins un seuil d’alerte associé à un niveau déterminé des informations de crique et/ou d’une fissure , ledit niveau étant spécifiquement associé à un opérateur dédié (54), et des moyens d'alerte configurés pour alerter ledit opérateur dédié (54) en réponse au dépassement dudit seuil d’alerte par les informations représentatives de ladite crique ou fissure.
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