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H2020

iBearing — Résultat en bref

Project ID: 687091
Financé au titre de: H2020-EU.3.4.5.6.
Pays: Portugal
Domaine: Technologies industrielles, Transports et Mobilité

Un nouveau système de surveillance in situ réduit le risque de panne de moteur

Un projet financé par l’UE propose un système de surveillance avancé qui mesure avec précision, et en toute sécurité, la durée de vie des pièces des moteurs d’avions à l’endroit même où elles fonctionnent. Des solutions intelligentes qui permettent d’optimiser la maintenance des avions contribuent à rendre l’avion plus sûr et plus respectueux de l’environnement.
Un nouveau système de surveillance in situ réduit le risque de panne de moteur
Les chercheurs impliqués dans le projet iBearing ont réussi à mettre au point des indicateurs pour les roulements de démarreur qui permettent de prévoir quand ces pièces de moteur d’avion, petites mais fondamentales, commencent à devenir moins efficaces.

Les petites pièces font toute la différence

L’industrie aéronautique s’est engagée à révolutionner les systèmes énergétiques dans les avions. Dans des avions plus électriques, toute nouvelle fonction embarquée proposée doit partager et distribuer davantage d’énergie électrique, tout en permettant de convertir plus efficacement l’énergie mécanique en électricité.

«La demande d’énergie électrique supplémentaire dans les moteurs d’avion implique généralement des systèmes plus gros et plus lourds. Cependant, nous désirons suivre une approche différente: faire tourner les générateurs plus rapidement», note Abel Mendes, directeur technique d’Active Space Technologies au Portugal. Ce concept n’est toutefois pas sans poser de problèmes: une rotation plus rapide implique une usure et une dégradation plus rapides du système. La surveillance en temps réel que permet une solution comme iBearing est donc inestimable.

iBearing apporte un changement de paradigme significatif dans le domaine. Son objectif consiste à améliorer l’efficacité énergétique, mais pas au détriment de l’environnement. À cette fin, le projet a mis l’accent sur l’amélioration des performances des roulements de démarreurs. Ces composants sont fondamentaux pour le fonctionnement des moteurs. Selon les spécialistes de l’ingénierie aérospatiale, il est difficile de prédire à quel moment ils risquent de tomber en panne en raison de leur petite taille et de leur inaccessibilité une fois placés dans le moteur.

Surveillance de l’état en vol

Traditionnellement, les moteurs d’avion sont contrôlés par des unités au sol. «L’analyse des données collectées par les capteurs situés à l’intérieur du moteur pendant le vol permet aux opérateurs de mieux comprendre les performances et de prévoir l’usure mécanique et les défaillances des pièces du moteur», explique Abel Mendes.

Des capteurs capables de mesurer la température, la pression, les vibrations ainsi que les accélérations et le bruit depuis le cœur du moteur de l’avion permettent de mieux comprendre la durée de vie des roulements. «Les mesures des émissions acoustiques sont complémentaires aux capteurs de vibrations, car elles permettent d’établir des informations sur la dégradation des roulements à un stade plus précoce lorsque des microfissures apparaissent», note Abel Mendes.

Au début du projet, les chercheurs se sont concentrés sur l’évaluation des technologies de commandes de vol électrique et des capteurs intelligents. La conception et l’assemblage ultérieurs d’un manchon, comprenant à la fois des roulements et des capteurs testés sur un banc d’essai dédié, ont permis aux chercheurs d’en tirer des algorithmes significatifs de diagnostic et d’analyse de données.

«L’utilisation de nouvelles techniques de fusion de données nous a permis de combiner 20 indicateurs de condition en un seul algorithme capable de réaliser un diagnostic de défaut — classer les défauts et estimer la gravité par ordre de grandeur — en comparant les nouvelles données avec les marqueurs ou les conditions de défaillance établis», ajoute Abel Mendes. Comme il l’explique plus loin, les conditions expérimentales sont difficiles à reproduire dans les laboratoires et les bancs d’essai en raison des trop fortes températures et vibrations, de la vitesse de rotation élevée et du brouillard d’huile empêchant l’utilisation de plusieurs types de capteurs.

Les températures et vitesses élevées des roulements

La petite taille, le fonctionnement autonome et la tolérance aux environnements difficiles étaient essentiels à la conception d’un système de surveillance de condition capable de mesurer la durée de vie du roulement et de prévoir les pannes au moins 100 heures à l’avance.

Ces caractéristiques en tête, l’équipe a réussi à mettre au point un prototype d’appareil de surveillance des roulements in situ, capable de supporter tout le spectre des valeurs de vitesse de rotation pendant les différentes phases de vol, généralement de 10 000 à 30 000 tours par minute. Les performances du prototype ont été testées à des températures comprises entre 150 et 200 °C et ont montré des résultats encourageants.

Une miniaturisation supplémentaire de la solution iBearing et une meilleure gestion thermique seront nécessaires pour accroître la capacité du produit à respecter les normes. Le produit final sera un équipement miniaturisé facile à installer dans n’importe quel roulement, ne nécessitant que des adaptations minimales à la forme des nouveaux roulements. Ce système autonome de surveillance de la condition ne nécessitera aucune manipulation par l’opérateur.

Mots-clés

iBearing, capteur, durée de vie, in situ, surveillance de condition, roulement de démarreur de moteur, indicateur de condition