Air France Industries optimise son banc de mesure Zephyr avec le système TESCIA

La vérification et la remise en état des moteurs, ou Engine Shop Visit dans le jargon aéronautique a lieu après un certain nombre d'heures de vol précisé par le constructeur, ou lors d'une grande maintenance effectuée tous les 4 ou 5 ans. Avec un effectif de plus de 14000 personnes Air France Industries est un des acteurs majeurs de la MRO sur moteur et assure le service de plus de 3000 avions exploités par 200 compagnies aériennes dans le monde. 

Un moteur d'avion qui doit être révisé passe environ 3 mois dans les ateliers d'Air France Industries à Orly et Roissy. Le moteur est démonté, ces pièces sont inspectées dans leurs moindres détails, nettoyées, changées ou réparées, et l'ensemble est remonté par les équipes techniques dédiées à ces différentes opérations avant les essais finaux. 

VÉRIFICATION EN CONDITIONS RÉELLES

Avant d'être autorisé à revoler un moteur doit être testé dans des conditions les plus proches de la réalité et doit passer un essai de performance sur le banc d'essai Zephyr qui va permettre d'en contrôler de nombreux paramètres : poussée, température en différents points du moteur, pression, niveau vibratoire. Le banc permet bien sûr de préparer cette étape cruciale et dans le cas de la vibration il contrôle le bon équilibrage sur deux points du moteur surveillés par des accéléromètres montés à demeure sur les moteurs. Ces capteurs enregistrent en permanence le déplacement vibratoires qui doit rester dans un niveau de tolérance bien précis. Désireux d'aller plus loin dans ces mesures vibratoires et de gagner en expertise dans ce domaine, Ivan Rouesné Responsable du banc Zephyr a fait appel à HBK. 

Après analyse des besoins Philippe Potereau, l'ingénieur en charge du développement des affaires dans le domaine aéronautique et spatial a proposé dans un premier temps d'intégrer temporairement au banc Zephyr un système dédié aux mesures vibratoires répétitives : le système Tescia conçu en étroite collaboration avec les utilisateurs aéronautiques pour la mesure de machines tournantes. Il pilote un ou plusieurs modules LANXI, frontal d'acquisition produit à plusieurs milliers d'exemplaire d'exemplaires dans le monde et garantit à l'utilisateur un accès immédiat et fiable aux données partagées par plusieurs équipes simultanément. 

Test de performance vu de la salle de contrôle : le logiciel Tescia fournit des données supplémentaires et permet la validation

COMPRENDRE LE COMPORTEMENT VIBRATOIRE

“La prise en main par l'équipe de techniciens et d'ingénieurs d'Air France Industries a été très rapide et HBK leur a fourni un support 24 heures sur 24 heures, avec l'aide des équipes américaines pour l'utilisation de TESCIA et l'analyse des données collectées". Voici ce qu'en dit Ivan Rouesné, responsable du banc d'essais réacteur : “Les moteurs sont équilibrés par nos soins au remontage.

“ La mesure de vibration peut sembler un détail par rapport à tout ce que nous faisons sur un moteur de type GE90-115. Sur un essai de performance on développe des forces importantes et le moindre signe de déséquilibrage est à éviter absolument. Un essai complet se fait en deux fois sept heures d'affilée avec deux équipes, mais si la valeur de déplacement vibratoire due à l'équilibrage est hors tolérance, on peut avoir à arrêter un essai de simulation de décollage et consommer beaucoup de carburant pour rien.

“Ce que nous demandons à un système de mesure, c'est une fiabilité absolue et une garantie que ce que nous mesurons est juste et n'a pas de conséquences sur le fonctionnement du moteur. Souhaitant disposer d'une mesure vibratoire complémentaire plus experte et plus détaillée en parallèle sur le banc nous avons fait appel à HBK. Nous avons apprécié la grande disponibilité du support et son niveau d'expertise. Nous avons pu mieux comprendre nos signaux et nous avons appris à les traiter avec une meilleure visibilité. Nous avons pu vérifier à distance nos accéléromètres non-accessibles physiquement afin de s'assurer de la cohérence de nos mesures. Sur les moteurs GE90-115 qui équipent le Boeing 777, on effectue les mesures sur deux arbres indépendants et tournant à des vitesses différentes. Ils sont contrôlés en permanence et ne doivent pas dépasser un niveau de déplacement imposé. Nous avons pu interpréter leur comportement vibratoire facilement sur le système TESCIA qui nous donne immédiatement des informations simples à partir de traitements pourtant complexes tel que l'utilisation de filtres suiveurs pour obtenir des signaux clairs et fiables." 

Le frontal d'acquisition LanXI piloté par le logiciel Tescia a agréablement surpris les utilisateurs du banc d'essai Zephyr par sa compacité et ses fonctionnalités. Ils peuvent maintenant aller plus loin dans les analyses pour la préparation des tests de performance et comptent maintenant continuer à acquérir de l'expertise sur les moteurs grâce au système et au support technique de HBK.

L'ANALYSE D'ORDRE, UN OUTIL PUISSANT 

L'analyse d'ordre effectuée par le système TESCIA est un outil extrêmement puissant qui permet de transformer le régime variable de la rotation du moteur en un signal fixe et facilement repérable : l'ordre 1, premier trait vertical sur l'abscisse du graphique noté de 0 à 5.

L'épaisseur de ce trait change au fur et à mesure de la montée en régime noté sur l'ordonnée du graphe et allant de 0 à 2400 tours/mn. L'ordre 1 représente l'énergie vibratoire de l'axe surveillé. Cette transformation est possible par l'utilisation de tachymètres et de filtrage gérés par le système TESCIA.
Les harmoniques supérieures de ce signal se traduisent également par des lignes verticales. On comprend ainsi que l'harmonique N°4 du signal développe encore de l'énergie en fonction de la montée en régime du moteur. Les niveaux d'énergie sont traduits en couleurs sur le graphe allant du bleu pour les niveaux les plus faibles au rouge pour les niveaux intermédiaires et au jaune pour les plus forts. L'échelle à droite du graphe en donne les valeurs en déplacement vibratoire en pouces crête à crête en fonction de la couleur. 

Les fréquences de résonance de la structure sont fixes et elles sont donc vues sous la forme de courbes telle que la fréquence de 14,28 Hz repérée par le curseur sur le graphique à environ 1300 tours/mn. On note qu'à 800 tours/mn cette fréquence de résonance coïncide avec l'ordre 1 de la rotation créant un léger élargissement du trait vertical qui la représente. C'est ce type d'interaction qui créé des vibrations amplifiées et se dénote souvent par un bruit acoustique émis par la structure dont la résonance à cette fréquence particulière est excitée par le passage du régime moteur.
Ces analyses venant en complément des profils habituels permettent à Air France Industries d'identifier plus rapidement les causes d'un dépassement éventuel du niveau admis par la procédure de maintenance.

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Behind the scenes of an engine overhaul

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