タービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視する方法および装置
本発明の監視方法は、
タービンエンジンの静止部品に配置されたセンサから、搬送波周波数によって特徴付けられる振動加速度信号を取得するステップ（Ｅ１０）と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するステップ（Ｅ２０）と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するステップ（Ｅ３０）と、
必要に応じて、警告メッセージを出すステップと
を含む。
タービンエンジンの静止部品に配置されたセンサから、搬送波周波数によって特徴付けられる振動加速度信号を取得するステップ（Ｅ１０）と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するステップ（Ｅ２０）と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するステップ（Ｅ３０）と、
必要に応じて、警告メッセージを出すステップと
を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンの一般的な分野に関する。
【０００２】
本発明は、特に、ターボジェットまたはターボプロップのような１つまたは複数の回転軸が取り付けられた航空機タービンエンジンの監視に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、ターボジェットの回転軸、例えば、低圧ロータは、一定のねじれ力を受ける。
【０００４】
さらに、固有の励起状態は、回転軸に、軸のねじれ周波数として周知の特別な周波数の振動を動的に発生させる。この特別な周波数は、軸の第１のねじれモードの特性を示す。例えば、ターボジェットの低圧ロータでは、この周波数は、ロータの回転周波数と比べて低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ターボジェットへの燃料のパルス噴射は、ターボジェット軸の第１のねじれモードと共鳴状態になる。この共鳴の振幅によって、キャビンに騒音が生じる可能性がある、または振動疲労のために軸が破損する危険性がある。
【０００６】
したがって、上述の欠点を避けるために、ターボジェットの回転軸のねじれ振動を監視する必要がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、タービンエンジン内にすでに存在するセンサから得られる信号を使用してタービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視する信頼できる方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的は、タービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視する方法であって、
タービンエンジンの静止部品に配置されたセンサから、搬送周波数によって特徴付けられる振動加速度信号を取得するステップと、
振動信号の周波数スペクトルを評価するステップと、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するステップと、
必要に応じて、警告メッセージを出すステップと
を含む方法によって達成される。
【０００９】
それに応じて、本発明はさらに、タービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視するための監視装置であって、
搬送周波数によって特徴付けられる振動加速度信号をタービンエンジンの静止部品に配置されるセンサから取得するための取得手段と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するための探索手段と、
必要に応じて、作動された警告メッセージを出すための発行手段と
を備える監視装置を提供する。
【００１０】
好ましいが、限定的ではなく、本発明は、特に、タービンエンジンの回転軸の低周波ねじれ振動の監視に適用できる。用語「低周波数」は、本明細書では、監視されている回転軸の回転周波数よりはるかに低い周波数、例えば、軸の回転周波数の３０％に等しいねじれ周波数を指すのに使用される。
【００１１】
有利には、本発明により、すでにタービンエンジン内に存在するセンサ、すなわち、加速度計などの振動センサ、歪み計、マイクロホンから得られた信号を使用して、タービンエンジンの回転軸が受けるねじれ振動を監視することができる。これらの信号の適切な処理により、過振幅の振動が発生した場合に、警告メッセージを出し、必要に応じて、キャビン騒音を抑えるために、または実際に回転軸が破損するのを防ぐために、是正メンテナンスを提案することができる。
【００１２】
本発明者は、洞察力によって、回転軸のアンバランスが存在する場合に、タービンエンジンの静止部品に配置されたセンサから取得された振動加速度信号を観察し分析することによって、簡単に信頼できる形で、所定の振幅レベルのねじれ振動の存在を確認することができることに気付いた。実際に、ロータ軸に影響を及ぼすアンバランスを取り除くために多くの努力がなされているが、アンバランスを完全に取り除くことはできない。すなわち、回転軸は決して完全にバランスが保たれることはないので、常に、本発明の手段によって回転軸を監視することができるということである。
【００１３】
本発明の監視方法は、例えば、タービンエンジンが取り付けられた航空機に搭載された監視装置において、リアルタイムで、または短い遅延後実行可能であるという利点がある。監視装置は、特に、タービンエンジンに組み込まれてもよい、より正確には、一般に、エンジン監視装置（ＥＭＵ）として周知のタービンエンジンを監視する装置に組み込まれてもよい。
【００１４】
変形形態では、監視装置は、航空機の翼の下の補助装置のベンチに、特にタービンエンジンの監視専用の機器と共に配置されてもよい。
【００１５】
さらに別の変形形態では、監視方法は、タービンエンジンの監視専用の地上の装置で実施されてもよい。
【００１６】
本発明の方法は、検出の信頼性を高めるために他の検出方法と容易に組み合わせることができるので、タービンエンジンの最終使用者に送られるメンテナンス診断を改善することができる。
【００１７】
タービンエンジンにおいて、アンバランスの主な発生源はファンである。しかし、エンジンタービン自体がアンバランスを発生させることもよくある。この状況では、逆位相で振動するアンバランスが組み合わさることになる。
【００１８】
特定の実施形態では、本発明は、有利には、この観察結果に従って信頼度を警告メッセージに関連付ける。このためには、監視方法はさらに、
振動信号のエンベロープ信号を評価するステップと、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するステップと、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索する探索ステップと、
探索ステップの結果に応じて、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するステップと
を含む。
【００１９】
したがって、この実施形態から、監視装置はさらに、
振動信号のエンベロープ信号を評価するための評価手段と、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段と、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索するための探索手段と、
探索の結果に応じて、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するための推定手段とを備える。
【００２０】
エンベロープ信号は、例えば、振動信号にヒルベルト変換を施した結果の信号から取得されてもよい。
【００２１】
したがって、好ましくは、この特定の実施形態では、第２の閾値より大きい振幅の線が軸のねじれ周波数の倍数でエンベロープ信号のスペクトル内で確認された場合により高い信頼度が警告メッセージに付与される。したがって、この線を検出することで、回転軸のねじれ振動に関して出された警告を確認することができる。
【００２２】
しかし、エンベロープスペクトル内にいかなる線も存在しないことで、振動信号のスペクトル内のスペクトル線が第１の閾値を超えた結果出された警告が無効にはならないと理解できる。
【００２３】
特定の実施形態では、監視方法はさらに、
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索ステップと、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索ステップで発見されたスペクトル線の組で、少なくとも第３の閾値を超える振幅のスペクトル線の組の数に応じて決まる深刻度を推定するステップと
を含む。
【００２４】
したがって、この実施形態から、監視装置はさらに、
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索手段と、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索手段で発見され、少なくとも第３の閾値を超える振幅の組の数に応じて決まる深刻度を推定するための推定手段と
を備える。
【００２５】
本発明の別の態様では、本発明はさらに、
本発明の監視装置と、
タービンエンジンの静止部品に配置され、監視装置に振動加速度信号を送るように構成された加速度計と
を含むタービンエンジンを提供する。
【００２６】
例として、該タービンエンジンはターボジェットである。
【００２７】
特定の実施形態では、監視方法の種々のステップは、コンピュータプログラム命令によって決定される。
【００２８】
したがって、本発明はさらに、データ媒体上のコンピュータプログラムを提供する。コンピュータプログラムは、監視装置、特にコンピュータで実行するのに適しており、上述の監視方法のステップを実行するように構成された命令を含む。
【００２９】
このプログラムは、プログラミング言語を使用することができ、ソースコード、オブジェクトコード、または例えば、部分的にコンパイルされた形のソースコードとオブジェクトコードとの中間的なコードの形式、または任意の他の望ましい形式にすることができる。
【００３０】
本発明は、上述のようなコンピュータプログラム命令を含むコンピュータ可読データ媒体を提供する。
【００３１】
データ媒体は、プログラムを記憶できる任意のエンティティまたはデバイスとすることができる。例えば、データ媒体は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）のような記憶手段、例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）ＲＯＭまたは超小型電子回路ＲＯＭ、または実際に磁気記録手段、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクまたはハードディスクを備えてもよい。
【００３２】
さらに、データ媒体は、電気ケーブルまたは光ケーブルを介して、無線によって、または他の手段によって伝達されるのに適した電気信号または光信号などの送信可能な媒体とすることができる。本発明のプログラムは、特に、インターネットタイプのネットワークからダウンロードすることができる。
【００３３】
あるいは、データ媒体は、プログラムが組み込まれた集積回路としてもよい。集積回路は、当該方法を実行するように構成されている、または当該方法の実行の際に使用するように構成されている。
【００３４】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な特徴を有する実施形態を示した添付図面を参照して考察された以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の特定の実施形態の監視装置を示す図である。
【図２】タービン面のアンバランスに関連してターボジェットの回転軸に影響を与えるファン面のアンバランスの本発明によって提案されるモデルを示す図である。
【図３Ａ】図１の監視装置によって実行される時の本発明の特定の実施形態の監視方法の主なステップを示す流れ図である。
【図３Ｂ】図１の監視装置によって実行される時の本発明の特定の実施形態の監視方法の主なステップを示す流れ図である。
【図４Ａ】振動信号ｘ（ｔ）の例を示す図である。
【図４Ｂ】振動信号ｘ（ｔ）の例を示す図である。
【図４Ｃ】振動信号ｘ（ｔ）の例を示す図である。
【図５Ａ】図４Ａに示された振動信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】図４Ｂに示された振動信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図５Ｃ】図４Ｃに示された振動信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図６】図４Ｃに示された振動信号のエンベロープスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、タービンエンジンの監視、特に、動作時にタービンエンジンの回転軸が受けるねじれ振動の監視に関する。
【００３７】
有利には、本発明は、動作速度前後でのタービンエンジンの回転軸のねじれ振動は、それに関連するロータのアンバランスの存在下で、タービンエンジンの静止要素に配置された振動センサによって送られた振動信号の周波数変調、場合によっては、さらに振幅変調を生じさせるという原理に基づいたものである。したがって、本発明は、これらの振動信号を観察および分析することによって、過振幅のねじれ振動を確認することができるということを使用する。
【００３８】
上述したように、実際には、完全にタービンエンジンの回転軸のバランスを取ることはできないので、これらの回転軸は常にいくらかのアンバランスを受けることになる。したがって、正確に言えば、本発明を実行することに対して支障がない。
【００３９】
タービンエンジンでは、アンバランスの主要な発生源はファンである。しかし、タービンも、ファンの面に生じるアンバランスと逆位相で振動するアンバランスを生じることが多い。本発明は、有利には、上述の両方の状況に適用できる。
【００４０】
本発明の監視装置１の特定の実施形態をその環境にて示した図１について説明する。
【００４１】
この特定の実施形態では、本発明によって監視されるのは、航空機（図示せず）に取り付けられたターボジェットＴＲの低圧回転軸ＡＢＰ（図２）である。しかし、これらの前提は限定的なものではなく、本発明は、例えば、ターボプロップのような他のタービンエンジンにも適用できる。
【００４２】
本明細書で示されている実施形態では、監視装置１は、航空機に搭載されており、航空機監視装置またはＥＭＵ２に組み込まれている。
【００４３】
変形形態では、本発明の監視装置は、航空機の翼の下の補助装置のベンチに、特にターボジェットＴＲの監視用の機器と共に配置されてもよいし、またはターボジェットの監視用に設けられた地上の装置で実施されてもよい。
【００４４】
周知の形では、ターボジェットＴＲは、例えば、位置、速度、温度、圧力、振動などを検知するためのセンサのような複数の動作センサ３を備える。これらのセンサは、ＥＭＵ２がターボジェットＴＲの動作を監視することができるように種々の測定値をＥＭＵ２に送るのに適している。
【００４５】
これらのセンサには、特に、ターボジェットＴＲの静止部品（例えば、回転軸ＡＢＰの軸受部）に配置された加速度計３Ａがある。該センサは、一般に、ターボジェット内で使用され、より詳細にはタービンエンジン内で使用されるが、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００４６】
通常、加速度計３Ａは、瞬間ｔにおける電気信号または振動加速度信号を提供するように構成されている。この信号は、ｘ（ｔ）で示され、測定された加速度に比例する信号の大きさを表わす。この例では、この電気信号は、動作時にターボジェットＴＲの低圧回転軸にアンバランスが生じるために、加速度計３Ａが配置されている静止部品に対して加速度が付与された結果生じたものである。信号は、ＥＭＵ２、特に監視装置１に送られる。
【００４７】
変形形態では、ＥＭＵ２に加速度に比例する振動信号を送るのに、他の振動センサ、例えば、マイクロホンまたは歪み計を使用することもできる。本発明の意味においては、該信号は、振動加速度信号であると考えられる。
【００４８】
この例では、監視装置１は、コンピュータのハードウェアアーキテクチャを有する。
【００４９】
監視装置１は、特に、プロセッサ１１、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２、ＲＯＭ１３、および航空機に搭載されている機器（例えば、加速度計３Ａ）と通信するための手段１４を備える。周知の形では、該機器と本発明の監視装置１とは、当業者に周知の航空機のデジタルデータバスまたは回線を介して通信している。
【００５０】
監視装置１はさらに、航空機通信アドレスレポートシステム（ＡＣＡＲＳ）を介して、航空機の事業者のサーバ（図示せず）と通信するための手段１５を含む。
【００５１】
ＲＯＭ１３は、図２から図６を参照して以下で説明するような本発明の監視方法の主なステップを実行するように構成された本発明のコンピュータプログラムを含む。
【００５２】
ここでは、監視される低圧回転軸ＡＢＰはターボジェットＴＲのタービン面のアンバランスと共にファン面のアンバランスを有するのが前提である。軸のねじれの影響下で、これらの２つのアンバランスは逆位相で振動する。
【００５３】
図２は、それぞれファン面およびタービン面における
【数１】
および
【数２】
で示されたアンバランスのベクトル形式のモデルを示している。
【００５４】
このモデルでは、瞬間ｔにおいて加速度計３Ａによって送られる振動信号ｘ（ｔ）は、以下の数式で示すことができる。
【数３】
ここで、
Ωｐは、振動信号ｘ（ｔ）を伝送する搬送波角周波数を指し、軸の回転速度を表わす。
【数４】
であることに留意されたい。
ここで、Ｆｐは、振動信号を伝送する搬送波周波数を指す。
Ωｍは、回転軸のねじれの角周波数を指す。
【数５】
であり、
ここで、Ｆｍは、回転軸のねじれ周波数を指すことに留意されたい。このねじれ周波数は、周知であり、回転軸の特徴に応じて決まる。
θｍＦおよびθｍＴは、それぞれファン面およびタービン面におけるねじれ振動の振幅を指す。
ＦおよびＴは、加速度計によって送られる振動信号ｘ（ｔ）のピーク振幅を表わす。振幅Ｆは、ファン面のアンバランスベクトル
【数６】
の関数であり、アンバランスに対する構造応答の関数である。振幅Ｔは、タービン面のアンバランスベクトル
【数７】
の関数であり、アンバランスに対する構造応答の関数である。
φＦは、基準角度に対するファン面のアンバランスベクトル
【数８】
の角度位置に対応する位相位置を指す。
φＴは、前記基準角度に対するタービン面のアンバランスベクトル
【数９】
の角度位置に対応する位相位置を指す。
【００５５】
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、特定の実施形態の本発明の監視方法の主なステップについて詳細に説明する。
【００５６】
示されている実施形態では、監視方法は、
回転軸ＡＢＰのねじれ振動の存在が検出され、必要に応じて、前記振動の振幅が監視され、その深刻度が評価される第１の段階Ｐ１（図３Ａに示されている）と、
この例では、段階Ｐ１で過振幅のねじれ振動が検出された場合のみに実行され、信頼度が検出に関連付けられる第２の段階Ｐ２（図３Ｂに示されている）と
の２つの段階を含む。
【００５７】
したがって、第１の段階Ｐ１で、センサ３Ａから得られた振動加速度信号ｘ（ｔ）は、通信手段１４を介して監視装置１に連続的に送られ、ＲＡＭ１２に記憶される（ステップＥ１０）。
【００５８】
図示されているように、図４Ａから図４Ｃは、以下の例の信号ｘ（ｔ）の現れ方を示している。
図４Ａは、タービン面のアンバランスがゼロまたは疑似ゼロ（すなわち、Ｔ≒０）である時に得られる信号で、小さい振幅（この場合、少しの程度）のねじれ振動に対する信号ｘ（ｔ）を示す。
図４Ｂは、タービン面のアンバランスがゼロまたは疑似ゼロ（すなわち、Ｔ≒０）である時に得られる信号で、大きい振幅のねじれ振動に対する信号ｘ（ｔ）を示す。
図４Ｃは、タービン面のアンバランスおよびファン面のアンバランスの存在下で得られる信号ｘ（ｔ）を示す。
【００５９】
これらの図に示されているように、信号ｘ（ｔ）は、正弦曲線ではなく、搬送波周波数Ｆｐに対する非対称性を有する。
【００６０】
これらの非対称性は、信号ｘ（ｔ）の周波数スペクトル内に、大きいまたは小さい振幅（複数可）のアンバランス（複数可）に関連付けられた基準線Ｒ０について対称に分布する側波帯スペクトル線の組が存在することを特徴とする。
【００６１】
本発明によれば、信号ｘ（ｔ）の周波数スペクトル内にあるこれらの側波帯線の数および振幅を分析することによって、過振幅のねじれ振動の存在を確認して、このようにして確認された現象の深刻度を決定することができる。
【００６２】
したがって、メモリ１２に記憶されている信号ｘ（ｔ）の周波数スペクトルが評価される（ステップＥ２０）。この周波数スペクトルは、Ｘ（ｆ）で表わされ、ｆは周波数を指す。示されている例では、Ｘ（ｆ）は、Ｗで示された所定の長さの時間窓で得られた信号ｘ（ｔ）のフーリエ変換を評価することによって得られる。時変信号の周波数スペクトルを評価することは、それ自体周知であるので、本明細書ではこれ以上詳細には示さない。
【００６３】
例として、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃでそれぞれ示されている信号ｘ（ｔ）のスペクトルＸ（ｆ）を示している。
【００６４】
これらのスペクトルでは、搬送波周波数Ｆｐの位置の基準線の両側に位置し、ねじれ周波数Ｆｍだけ基準線から離間した側波帯線の組が存在することがわかる。これらの線の組は、さまざまな振幅である。ＲｉおよびＲ−ｉは、周波数ＦｉおよびＦ−ｉで存在するスペクトル線の組を指し、以下の式を満たす。
【数１０】
および
【数１１】
ここで、ｉは整数である。
【００６５】
本発明によれば、最初に、基準線Ｒ０の両側の周波数±Ｆｍに位置する側波帯線の第１の組の存在が探索される（ステップＥ３０）。
【００６６】
この探索は、当業者に周知の技術を使用して行われる。例えば、周波数±Ｆｍの周囲で選択された所定の範囲のスペクトルＸ（ｆ）によって得られた値が雑音レベルを表わす閾値と比較される。
【００６７】
探索によって周波数±Ｆｍで線が検出されない場合、軸の第１のねじれモードが励起されていないことが推定される。その結果、警告は出されない（ステップＥ５０）。その後、振動信号ｘ（ｔ）の新しい窓Ｗが選択され、ステップＥ２０およびＥ３０がこの新しい窓で繰り返される。
【００６８】
探索ステップで周波数±Ｆｍの側波帯線の組Ｒ１、Ｒ−１が検出された場合、その後これらの線の振幅が決定される。この振幅は、スペクトルＸ（ｆ）内の線の値によって得られる。
【００６９】
その後、このようにして決定された第１の組の側波帯線Ｒ１、Ｒ−１の相対振幅は、それぞれ所定の閾値Ｓ１１と比較される（ステップＥ４０）。用語「相対振幅」は、本明細書では、基準線Ｒ０の振幅に対する対象線の振幅の割合を意味するのに使用されている。
【００７０】
変形形態では、線Ｒ１、Ｒ−１の「絶対」振幅を所定の閾値と直接比較することも可能である。
【００７１】
閾値Ｓ１１は、本発明の意味では第１の閾値である。閾値Ｓ１１は、予め設定され、この例では、側波帯線の相対振幅を表わし、この振幅を超えるとねじれ振動は憂慮すべき状態であり、警告を出す必要がある、またはメンテナンス動作を計画する必要がある。この閾値は、実験的に決定される。
【００７２】
変形形態では、直接閾値Ｓ１１を使用して線の第１の組を探索することによって、ステップＥ３０とＥ４０とが同時に実施されてもよい。
【００７３】
線Ｒ１および／またはＲ−１の少なくとも一方の相対振幅が閾値Ｓ１１未満である場合、警告を出す必要がないと見なされ（ステップＥ５０）、その後、振動信号ｘ（ｔ）の新しい窓Ｗが選択されて、この新しい窓でステップＥ２０〜Ｅ４０が繰り返される。
【００７４】
反対に、線Ｒ１およびＲ−１の両方の相対振幅が第１の閾値Ｓ１１よりそれぞれ大きい場合、警告メッセージＭが出すことが決定される（ステップＥ６０）。
【００７５】
本明細書で説明される実施形態では、この警告メッセージＭは、警告を特徴付ける２つの追加の情報項目、すなわち、１つ目は警告の深刻度、２つ目は警告の信頼度に関連付けられる。
【００７６】
変形形態では、警告メッセージＭは、これらの情報項目の一方または他方に関連付けられる。
【００７７】
別の変形形態では、警告メッセージＭは、線Ｒ１およびＲ−１の振幅が第１の閾値を超えたことが検出されるとすぐに送信され、この情報は警告と関連付けられることはない。
【００７８】
警告の深刻度を評価するために、信号ｘ（ｔ）のスペクトルにおいて、基準線Ｒ０の両側に軸ＡＢＰのねじれ周波数の倍数で側波帯線の他の組（例えば、Ｒ２／Ｒ−２、Ｒ３／Ｒ−３など）が存在するか否かを調べるための探索が行われ、これらの線の組の振幅が決定される（ステップＥ７０）。
【００７９】
所定の雑音レベルより大きい振幅の線のみが考慮される。
【００８０】
その後、これらの線の相対振幅がそれぞれの所定の閾値（本発明の意味においては、「第３」の閾値）と比較される（ステップＥ８０）。
【００８１】
例えば、図５Ａを参照すると、線Ｒ２、Ｒ−２の相対振幅は閾値Ｓ１２と比較される。閾値Ｓ１２は、閾値Ｓ１１と異なるように選択される。
【００８２】
変形形態では、閾値Ｓ１１、Ｓ１２は同じにすることができる。また、線の組のそれぞれの線の振幅が異なるそれぞれの閾値と比較されてもよいことは理解されたい。
【００８３】
この比較の後、監視装置１は、軸のねじれ周波数の倍数の基準線Ｒ０の両側に対称に分布し、かつ振幅が第３の閾値を超える側波帯線の組の数Ｎを評価する（ステップＥ９０）。
【００８４】
この数Ｎは、本発明の意味では、警告の深刻度の推定値であり、Ｎの値が大きいほど、軸ＡＢＰが受けるねじれ振動現象が大きくなり、深刻と考えられる。
【００８５】
図４Ａの例では、±Ｆｍの線の組と±２Ｆｍの線の組を含むので、この数は２であると考えられる。
【００８６】
次に、数ＮがメッセージＭの所定のフィールドに挿入される。
【００８７】
この第１の段階Ｐ１の後、信頼度を警告メッセージＭに関連付けるために、第２の段階Ｐ２が実施される（図３Ｂ）。
【００８８】
そのために、本明細書で示されている実施形態では、信号ｘ（ｔ）において、段階Ｐ１で確認された警告を裏付ける特徴の存在、すなわち、信号ｘ（ｔ）における振幅変調の存在が探索される。
【００８９】
図４Ｃは、搬送波周波数Ｆｐについて非対称であるだけでなく、振幅変調も見られる信号ｘ（ｔ）の例を示している。
【００９０】
したがって、段階Ｐ２で、監視装置１は、時系列信号ｘ（ｔ）からエンベロープ信号Ｘ’（ｔ）を生成する（ステップＥ１００）。
【００９１】
そのために、最初に、信号ｘ（ｔ）のヒルベルト変換
【数１２】
が評価される。時系列信号のヒルベルト変換の計算は、それ自体周知であるので、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００９２】
次に、以下の数式を使用して、信号ｘ（ｔ）の瞬間ｔにおけるエンベロープ信号ｘ’（ｔ）が得られる。
【数１３】
【００９３】
エンベロープ信号ｘ’（ｔ）の周波数は、回転軸のねじれ周波数Ｆｍであることに留意されたい。
【００９４】
その後、エンベロープ信号ｘ’（ｔ）のスペクトル（Ｘ’（ｆ）で表わされ、ｆは周波数を指す）は、スペクトルＸ（ｆ）に関して上述したように、フーリエ変換を使用して監視装置によって評価される（ステップＥ１１０）。
【００９５】
図６は、図４Ｃに示された信号ｘ（ｔ）に対応するエンベロープ信号ｘ’（ｔ）のスペクトルを示す図である。スペクトルには、ねじれ周波数Ｆｍの基準スペクトル線Ｒ’１および周波数２Ｆｍの高調波スペクトル線Ｒ’２が見られる。
【００９６】
より詳細には、振幅変調の存在は、エンベロープ信号のスペクトル内に、軸のねじれ周波数Ｆｍの基本線と呼ばれるスペクトル線Ｒ’１、場合によっては、ねじれ周波数の倍数Ｆ’ｉの高調波スペクトル線Ｒ’ｉが存在することで認められることに留意されたい。
すなわち、
【数１４】
ここで、ｉは１より大きい整数を指す。
【００９７】
したがって、スペクトルＸ’（ｆ）から、信号Ｘ’（ｆ）に軸のねじれ周波数Ｆｍのスペクトル線Ｒ’１が存在するか否かを調べるための探索が行われる（ステップＥ１２０）。この探索は、探索ステップＥ３０と同じ方法で行われる。
【００９８】
線が検出されなかった場合（すなわち、振動信号ｘ（ｔ）内で振幅変調が検出されなかった場合）、中信頼度がデフォルトで警告メッセージＭに関連付けられる（ステップＥ１３０）。この例では、この中信頼度は、「中」に設定されメッセージＭの所定のフィールドに含まれたフラグで表わされる。
【００９９】
線Ｒ’１が検出された場合、その振幅が決定される。この振幅は、スペクトルＸ’（ｆ）内の線の値によって得られる。
【０１００】
その後、このようにして決定された振幅は、実験的に得られた所定の閾値Ｓ２と比較される（ステップＥ１４０）。閾値Ｓ２は、本発明の意味において「第２の」閾値である。
【０１０１】
ステップＥ３０およびＥ４０に関して上述したように、変形形態では、直接閾値Ｓ２を使用して信号Ｘ’（ｆ）にねじれ周波数Ｆｍの線があるかを探索することによって、ステップＥ１２０とステップＥ１４０とが同時に実施されてもよい。線Ｒ’１の振幅が閾値Ｓ２より大きい場合、高信頼度が警告メッセージＭに関連付けられる（ステップＥ１５０）。この例では、この高信頼度は、「高」の値に設定されメッセージＭの所定のフィールドに含まれたフラグで表わされる。
【０１０２】
線Ｒ’１の振幅が閾値Ｓ２より大きくない場合は、中信頼度（すなわち、フラッグは「中」の値に設定される）が警告メッセージＭに関連付けられて、メッセージの適切なフィールドに含まれる（ステップＥ１３０）。
【０１０３】
すなわち、本発明の意味では、高信頼度は、段階Ｐ１で過振幅のねじれ振動が検出されたことを裏付けるものである。しかし、中信頼度は、検出が無効であることを意味するのではない。
【０１０４】
当然、信頼度を推定するために他の数のスペクトル線が考慮されてもよい。例えば、ねじれ周波数に位置する線と共に、１つまたは複数の高調波スペクトル線を観察して、それに応じて信頼度を適合させることができる。
【０１０５】
２つの段階Ｐ１（ステップＥ１０〜Ｅ９０）およびＰ２（ステップＥ１００〜１５０）は、同時にまたはそれどころか連続して（任意の順序で）全く同様に実施されてもよいことは理解されたい。
【０１０６】
ステップＥ１３０およびＥ１５０の終わりに、監視装置１は警告メッセージＭを出す（ステップＥ１６０）。この例では、警告メッセージは、ステップＥ１３０／Ｅ１５０およびＥ９０でそれぞれ推定された信頼度と深刻度とを含む。
【０１０７】
例として、このメッセージＭは手段１４によって航空機のパイロットに送信されて、パイロットはターボジェットＴＲの動作速度を変更することができる。
【０１０８】
変形形態では、メッセージＭは手段１５によって航空機の事業者のサーバに送信されてもよく、メッセージＭはターボジェットＴＲのメンテナンス動作への案内を含んでもよい。
【０１０９】
本発明の別の変形形態では、警告メッセージＭに関連付けられた信頼度は、メッセージＭを出す前に、ターボジェットで実施される他の監視アルゴリズムから得られた診断とまとめられてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンの一般的な分野に関する。
【０００２】
本発明は、特に、ターボジェットまたはターボプロップのような１つまたは複数の回転軸が取り付けられた航空機タービンエンジンの監視に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、ターボジェットの回転軸、例えば、低圧ロータは、一定のねじれ力を受ける。
【０００４】
さらに、固有の励起状態は、回転軸に、軸のねじれ周波数として周知の特別な周波数の振動を動的に発生させる。この特別な周波数は、軸の第１のねじれモードの特性を示す。例えば、ターボジェットの低圧ロータでは、この周波数は、ロータの回転周波数と比べて低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ターボジェットへの燃料のパルス噴射は、ターボジェット軸の第１のねじれモードと共鳴状態になる。この共鳴の振幅によって、キャビンに騒音が生じる可能性がある、または振動疲労のために軸が破損する危険性がある。
【０００６】
したがって、上述の欠点を避けるために、ターボジェットの回転軸のねじれ振動を監視する必要がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、タービンエンジン内にすでに存在するセンサから得られる信号を使用してタービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視する信頼できる方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的は、タービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視する方法であって、
タービンエンジンの静止部品に配置されたセンサから、搬送周波数によって特徴付けられる振動加速度信号を取得するステップと、
振動信号の周波数スペクトルを評価するステップと、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するステップと、
必要に応じて、警告メッセージを出すステップと
を含む方法によって達成される。
【０００９】
それに応じて、本発明はさらに、タービンエンジンの回転軸のねじれ振動を監視するための監視装置であって、
搬送周波数によって特徴付けられる振動加速度信号をタービンエンジンの静止部品に配置されるセンサから取得するための取得手段と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するための探索手段と、
必要に応じて、作動された警告メッセージを出すための発行手段と
を備える監視装置を提供する。
【００１０】
好ましいが、限定的ではなく、本発明は、特に、タービンエンジンの回転軸の低周波ねじれ振動の監視に適用できる。用語「低周波数」は、本明細書では、監視されている回転軸の回転周波数よりはるかに低い周波数、例えば、軸の回転周波数の３０％に等しいねじれ周波数を指すのに使用される。
【００１１】
有利には、本発明により、すでにタービンエンジン内に存在するセンサ、すなわち、加速度計などの振動センサ、歪み計、マイクロホンから得られた信号を使用して、タービンエンジンの回転軸が受けるねじれ振動を監視することができる。これらの信号の適切な処理により、過振幅の振動が発生した場合に、警告メッセージを出し、必要に応じて、キャビン騒音を抑えるために、または実際に回転軸が破損するのを防ぐために、是正メンテナンスを提案することができる。
【００１２】
本発明者は、洞察力によって、回転軸のアンバランスが存在する場合に、タービンエンジンの静止部品に配置されたセンサから取得された振動加速度信号を観察し分析することによって、簡単に信頼できる形で、所定の振幅レベルのねじれ振動の存在を確認することができることに気付いた。実際に、ロータ軸に影響を及ぼすアンバランスを取り除くために多くの努力がなされているが、アンバランスを完全に取り除くことはできない。すなわち、回転軸は決して完全にバランスが保たれることはないので、常に、本発明の手段によって回転軸を監視することができるということである。
【００１３】
本発明の監視方法は、例えば、タービンエンジンが取り付けられた航空機に搭載された監視装置において、リアルタイムで、または短い遅延後実行可能であるという利点がある。監視装置は、特に、タービンエンジンに組み込まれてもよい、より正確には、一般に、エンジン監視装置（ＥＭＵ）として周知のタービンエンジンを監視する装置に組み込まれてもよい。
【００１４】
変形形態では、監視装置は、航空機の翼の下の補助装置のベンチに、特にタービンエンジンの監視専用の機器と共に配置されてもよい。
【００１５】
さらに別の変形形態では、監視方法は、タービンエンジンの監視専用の地上の装置で実施されてもよい。
【００１６】
本発明の方法は、検出の信頼性を高めるために他の検出方法と容易に組み合わせることができるので、タービンエンジンの最終使用者に送られるメンテナンス診断を改善することができる。
【００１７】
タービンエンジンにおいて、アンバランスの主な発生源はファンである。しかし、エンジンタービン自体がアンバランスを発生させることもよくある。この状況では、逆位相で振動するアンバランスが組み合わさることになる。
【００１８】
特定の実施形態では、本発明は、有利には、この観察結果に従って信頼度を警告メッセージに関連付ける。このためには、監視方法はさらに、
振動信号のエンベロープ信号を評価するステップと、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するステップと、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索する探索ステップと、
探索ステップの結果に応じて、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するステップと
を含む。
【００１９】
したがって、この実施形態から、監視装置はさらに、
振動信号のエンベロープ信号を評価するための評価手段と、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段と、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索するための探索手段と、
探索の結果に応じて、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するための推定手段とを備える。
【００２０】
エンベロープ信号は、例えば、振動信号にヒルベルト変換を施した結果の信号から取得されてもよい。
【００２１】
したがって、好ましくは、この特定の実施形態では、第２の閾値より大きい振幅の線が軸のねじれ周波数の倍数でエンベロープ信号のスペクトル内で確認された場合により高い信頼度が警告メッセージに付与される。したがって、この線を検出することで、回転軸のねじれ振動に関して出された警告を確認することができる。
【００２２】
しかし、エンベロープスペクトル内にいかなる線も存在しないことで、振動信号のスペクトル内のスペクトル線が第１の閾値を超えた結果出された警告が無効にはならないと理解できる。
【００２３】
特定の実施形態では、監視方法はさらに、
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索ステップと、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索ステップで発見されたスペクトル線の組で、少なくとも第３の閾値を超える振幅のスペクトル線の組の数に応じて決まる深刻度を推定するステップと
を含む。
【００２４】
したがって、この実施形態から、監視装置はさらに、
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索手段と、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索手段で発見され、少なくとも第３の閾値を超える振幅の組の数に応じて決まる深刻度を推定するための推定手段と
を備える。
【００２５】
本発明の別の態様では、本発明はさらに、
本発明の監視装置と、
タービンエンジンの静止部品に配置され、監視装置に振動加速度信号を送るように構成された加速度計と
を含むタービンエンジンを提供する。
【００２６】
例として、該タービンエンジンはターボジェットである。
【００２７】
特定の実施形態では、監視方法の種々のステップは、コンピュータプログラム命令によって決定される。
【００２８】
したがって、本発明はさらに、データ媒体上のコンピュータプログラムを提供する。コンピュータプログラムは、監視装置、特にコンピュータで実行するのに適しており、上述の監視方法のステップを実行するように構成された命令を含む。
【００２９】
このプログラムは、プログラミング言語を使用することができ、ソースコード、オブジェクトコード、または例えば、部分的にコンパイルされた形のソースコードとオブジェクトコードとの中間的なコードの形式、または任意の他の望ましい形式にすることができる。
【００３０】
本発明は、上述のようなコンピュータプログラム命令を含むコンピュータ可読データ媒体を提供する。
【００３１】
データ媒体は、プログラムを記憶できる任意のエンティティまたはデバイスとすることができる。例えば、データ媒体は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）のような記憶手段、例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）ＲＯＭまたは超小型電子回路ＲＯＭ、または実際に磁気記録手段、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクまたはハードディスクを備えてもよい。
【００３２】
さらに、データ媒体は、電気ケーブルまたは光ケーブルを介して、無線によって、または他の手段によって伝達されるのに適した電気信号または光信号などの送信可能な媒体とすることができる。本発明のプログラムは、特に、インターネットタイプのネットワークからダウンロードすることができる。
【００３３】
あるいは、データ媒体は、プログラムが組み込まれた集積回路としてもよい。集積回路は、当該方法を実行するように構成されている、または当該方法の実行の際に使用するように構成されている。
【００３４】
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な特徴を有する実施形態を示した添付図面を参照して考察された以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の特定の実施形態の監視装置を示す図である。
【図２】タービン面のアンバランスに関連してターボジェットの回転軸に影響を与えるファン面のアンバランスの本発明によって提案されるモデルを示す図である。
【図３Ａ】図１の監視装置によって実行される時の本発明の特定の実施形態の監視方法の主なステップを示す流れ図である。
【図３Ｂ】図１の監視装置によって実行される時の本発明の特定の実施形態の監視方法の主なステップを示す流れ図である。
【図４Ａ】振動信号ｘ（ｔ）の例を示す図である。
【図４Ｂ】振動信号ｘ（ｔ）の例を示す図である。
【図４Ｃ】振動信号ｘ（ｔ）の例を示す図である。
【図５Ａ】図４Ａに示された振動信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】図４Ｂに示された振動信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図５Ｃ】図４Ｃに示された振動信号の周波数スペクトルを示す図である。
【図６】図４Ｃに示された振動信号のエンベロープスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、タービンエンジンの監視、特に、動作時にタービンエンジンの回転軸が受けるねじれ振動の監視に関する。
【００３７】
有利には、本発明は、動作速度前後でのタービンエンジンの回転軸のねじれ振動は、それに関連するロータのアンバランスの存在下で、タービンエンジンの静止要素に配置された振動センサによって送られた振動信号の周波数変調、場合によっては、さらに振幅変調を生じさせるという原理に基づいたものである。したがって、本発明は、これらの振動信号を観察および分析することによって、過振幅のねじれ振動を確認することができるということを使用する。
【００３８】
上述したように、実際には、完全にタービンエンジンの回転軸のバランスを取ることはできないので、これらの回転軸は常にいくらかのアンバランスを受けることになる。したがって、正確に言えば、本発明を実行することに対して支障がない。
【００３９】
タービンエンジンでは、アンバランスの主要な発生源はファンである。しかし、タービンも、ファンの面に生じるアンバランスと逆位相で振動するアンバランスを生じることが多い。本発明は、有利には、上述の両方の状況に適用できる。
【００４０】
本発明の監視装置１の特定の実施形態をその環境にて示した図１について説明する。
【００４１】
この特定の実施形態では、本発明によって監視されるのは、航空機（図示せず）に取り付けられたターボジェットＴＲの低圧回転軸ＡＢＰ（図２）である。しかし、これらの前提は限定的なものではなく、本発明は、例えば、ターボプロップのような他のタービンエンジンにも適用できる。
【００４２】
本明細書で示されている実施形態では、監視装置１は、航空機に搭載されており、航空機監視装置またはＥＭＵ２に組み込まれている。
【００４３】
変形形態では、本発明の監視装置は、航空機の翼の下の補助装置のベンチに、特にターボジェットＴＲの監視用の機器と共に配置されてもよいし、またはターボジェットの監視用に設けられた地上の装置で実施されてもよい。
【００４４】
周知の形では、ターボジェットＴＲは、例えば、位置、速度、温度、圧力、振動などを検知するためのセンサのような複数の動作センサ３を備える。これらのセンサは、ＥＭＵ２がターボジェットＴＲの動作を監視することができるように種々の測定値をＥＭＵ２に送るのに適している。
【００４５】
これらのセンサには、特に、ターボジェットＴＲの静止部品（例えば、回転軸ＡＢＰの軸受部）に配置された加速度計３Ａがある。該センサは、一般に、ターボジェット内で使用され、より詳細にはタービンエンジン内で使用されるが、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００４６】
通常、加速度計３Ａは、瞬間ｔにおける電気信号または振動加速度信号を提供するように構成されている。この信号は、ｘ（ｔ）で示され、測定された加速度に比例する信号の大きさを表わす。この例では、この電気信号は、動作時にターボジェットＴＲの低圧回転軸にアンバランスが生じるために、加速度計３Ａが配置されている静止部品に対して加速度が付与された結果生じたものである。信号は、ＥＭＵ２、特に監視装置１に送られる。
【００４７】
変形形態では、ＥＭＵ２に加速度に比例する振動信号を送るのに、他の振動センサ、例えば、マイクロホンまたは歪み計を使用することもできる。本発明の意味においては、該信号は、振動加速度信号であると考えられる。
【００４８】
この例では、監視装置１は、コンピュータのハードウェアアーキテクチャを有する。
【００４９】
監視装置１は、特に、プロセッサ１１、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２、ＲＯＭ１３、および航空機に搭載されている機器（例えば、加速度計３Ａ）と通信するための手段１４を備える。周知の形では、該機器と本発明の監視装置１とは、当業者に周知の航空機のデジタルデータバスまたは回線を介して通信している。
【００５０】
監視装置１はさらに、航空機通信アドレスレポートシステム（ＡＣＡＲＳ）を介して、航空機の事業者のサーバ（図示せず）と通信するための手段１５を含む。
【００５１】
ＲＯＭ１３は、図２から図６を参照して以下で説明するような本発明の監視方法の主なステップを実行するように構成された本発明のコンピュータプログラムを含む。
【００５２】
ここでは、監視される低圧回転軸ＡＢＰはターボジェットＴＲのタービン面のアンバランスと共にファン面のアンバランスを有するのが前提である。軸のねじれの影響下で、これらの２つのアンバランスは逆位相で振動する。
【００５３】
図２は、それぞれファン面およびタービン面における
【数１】
および
【数２】
で示されたアンバランスのベクトル形式のモデルを示している。
【００５４】
このモデルでは、瞬間ｔにおいて加速度計３Ａによって送られる振動信号ｘ（ｔ）は、以下の数式で示すことができる。
【数３】
ここで、
Ωｐは、振動信号ｘ（ｔ）を伝送する搬送波角周波数を指し、軸の回転速度を表わす。
【数４】
であることに留意されたい。
ここで、Ｆｐは、振動信号を伝送する搬送波周波数を指す。
Ωｍは、回転軸のねじれの角周波数を指す。
【数５】
であり、
ここで、Ｆｍは、回転軸のねじれ周波数を指すことに留意されたい。このねじれ周波数は、周知であり、回転軸の特徴に応じて決まる。
θｍＦおよびθｍＴは、それぞれファン面およびタービン面におけるねじれ振動の振幅を指す。
ＦおよびＴは、加速度計によって送られる振動信号ｘ（ｔ）のピーク振幅を表わす。振幅Ｆは、ファン面のアンバランスベクトル
【数６】
の関数であり、アンバランスに対する構造応答の関数である。振幅Ｔは、タービン面のアンバランスベクトル
【数７】
の関数であり、アンバランスに対する構造応答の関数である。
φＦは、基準角度に対するファン面のアンバランスベクトル
【数８】
の角度位置に対応する位相位置を指す。
φＴは、前記基準角度に対するタービン面のアンバランスベクトル
【数９】
の角度位置に対応する位相位置を指す。
【００５５】
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、特定の実施形態の本発明の監視方法の主なステップについて詳細に説明する。
【００５６】
示されている実施形態では、監視方法は、
回転軸ＡＢＰのねじれ振動の存在が検出され、必要に応じて、前記振動の振幅が監視され、その深刻度が評価される第１の段階Ｐ１（図３Ａに示されている）と、
この例では、段階Ｐ１で過振幅のねじれ振動が検出された場合のみに実行され、信頼度が検出に関連付けられる第２の段階Ｐ２（図３Ｂに示されている）と
の２つの段階を含む。
【００５７】
したがって、第１の段階Ｐ１で、センサ３Ａから得られた振動加速度信号ｘ（ｔ）は、通信手段１４を介して監視装置１に連続的に送られ、ＲＡＭ１２に記憶される（ステップＥ１０）。
【００５８】
図示されているように、図４Ａから図４Ｃは、以下の例の信号ｘ（ｔ）の現れ方を示している。
図４Ａは、タービン面のアンバランスがゼロまたは疑似ゼロ（すなわち、Ｔ≒０）である時に得られる信号で、小さい振幅（この場合、少しの程度）のねじれ振動に対する信号ｘ（ｔ）を示す。
図４Ｂは、タービン面のアンバランスがゼロまたは疑似ゼロ（すなわち、Ｔ≒０）である時に得られる信号で、大きい振幅のねじれ振動に対する信号ｘ（ｔ）を示す。
図４Ｃは、タービン面のアンバランスおよびファン面のアンバランスの存在下で得られる信号ｘ（ｔ）を示す。
【００５９】
これらの図に示されているように、信号ｘ（ｔ）は、正弦曲線ではなく、搬送波周波数Ｆｐに対する非対称性を有する。
【００６０】
これらの非対称性は、信号ｘ（ｔ）の周波数スペクトル内に、大きいまたは小さい振幅（複数可）のアンバランス（複数可）に関連付けられた基準線Ｒ０について対称に分布する側波帯スペクトル線の組が存在することを特徴とする。
【００６１】
本発明によれば、信号ｘ（ｔ）の周波数スペクトル内にあるこれらの側波帯線の数および振幅を分析することによって、過振幅のねじれ振動の存在を確認して、このようにして確認された現象の深刻度を決定することができる。
【００６２】
したがって、メモリ１２に記憶されている信号ｘ（ｔ）の周波数スペクトルが評価される（ステップＥ２０）。この周波数スペクトルは、Ｘ（ｆ）で表わされ、ｆは周波数を指す。示されている例では、Ｘ（ｆ）は、Ｗで示された所定の長さの時間窓で得られた信号ｘ（ｔ）のフーリエ変換を評価することによって得られる。時変信号の周波数スペクトルを評価することは、それ自体周知であるので、本明細書ではこれ以上詳細には示さない。
【００６３】
例として、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃでそれぞれ示されている信号ｘ（ｔ）のスペクトルＸ（ｆ）を示している。
【００６４】
これらのスペクトルでは、搬送波周波数Ｆｐの位置の基準線の両側に位置し、ねじれ周波数Ｆｍだけ基準線から離間した側波帯線の組が存在することがわかる。これらの線の組は、さまざまな振幅である。ＲｉおよびＲ−ｉは、周波数ＦｉおよびＦ−ｉで存在するスペクトル線の組を指し、以下の式を満たす。
【数１０】
および
【数１１】
ここで、ｉは整数である。
【００６５】
本発明によれば、最初に、基準線Ｒ０の両側の周波数±Ｆｍに位置する側波帯線の第１の組の存在が探索される（ステップＥ３０）。
【００６６】
この探索は、当業者に周知の技術を使用して行われる。例えば、周波数±Ｆｍの周囲で選択された所定の範囲のスペクトルＸ（ｆ）によって得られた値が雑音レベルを表わす閾値と比較される。
【００６７】
探索によって周波数±Ｆｍで線が検出されない場合、軸の第１のねじれモードが励起されていないことが推定される。その結果、警告は出されない（ステップＥ５０）。その後、振動信号ｘ（ｔ）の新しい窓Ｗが選択され、ステップＥ２０およびＥ３０がこの新しい窓で繰り返される。
【００６８】
探索ステップで周波数±Ｆｍの側波帯線の組Ｒ１、Ｒ−１が検出された場合、その後これらの線の振幅が決定される。この振幅は、スペクトルＸ（ｆ）内の線の値によって得られる。
【００６９】
その後、このようにして決定された第１の組の側波帯線Ｒ１、Ｒ−１の相対振幅は、それぞれ所定の閾値Ｓ１１と比較される（ステップＥ４０）。用語「相対振幅」は、本明細書では、基準線Ｒ０の振幅に対する対象線の振幅の割合を意味するのに使用されている。
【００７０】
変形形態では、線Ｒ１、Ｒ−１の「絶対」振幅を所定の閾値と直接比較することも可能である。
【００７１】
閾値Ｓ１１は、本発明の意味では第１の閾値である。閾値Ｓ１１は、予め設定され、この例では、側波帯線の相対振幅を表わし、この振幅を超えるとねじれ振動は憂慮すべき状態であり、警告を出す必要がある、またはメンテナンス動作を計画する必要がある。この閾値は、実験的に決定される。
【００７２】
変形形態では、直接閾値Ｓ１１を使用して線の第１の組を探索することによって、ステップＥ３０とＥ４０とが同時に実施されてもよい。
【００７３】
線Ｒ１および／またはＲ−１の少なくとも一方の相対振幅が閾値Ｓ１１未満である場合、警告を出す必要がないと見なされ（ステップＥ５０）、その後、振動信号ｘ（ｔ）の新しい窓Ｗが選択されて、この新しい窓でステップＥ２０〜Ｅ４０が繰り返される。
【００７４】
反対に、線Ｒ１およびＲ−１の両方の相対振幅が第１の閾値Ｓ１１よりそれぞれ大きい場合、警告メッセージＭが出すことが決定される（ステップＥ６０）。
【００７５】
本明細書で説明される実施形態では、この警告メッセージＭは、警告を特徴付ける２つの追加の情報項目、すなわち、１つ目は警告の深刻度、２つ目は警告の信頼度に関連付けられる。
【００７６】
変形形態では、警告メッセージＭは、これらの情報項目の一方または他方に関連付けられる。
【００７７】
別の変形形態では、警告メッセージＭは、線Ｒ１およびＲ−１の振幅が第１の閾値を超えたことが検出されるとすぐに送信され、この情報は警告と関連付けられることはない。
【００７８】
警告の深刻度を評価するために、信号ｘ（ｔ）のスペクトルにおいて、基準線Ｒ０の両側に軸ＡＢＰのねじれ周波数の倍数で側波帯線の他の組（例えば、Ｒ２／Ｒ−２、Ｒ３／Ｒ−３など）が存在するか否かを調べるための探索が行われ、これらの線の組の振幅が決定される（ステップＥ７０）。
【００７９】
所定の雑音レベルより大きい振幅の線のみが考慮される。
【００８０】
その後、これらの線の相対振幅がそれぞれの所定の閾値（本発明の意味においては、「第３」の閾値）と比較される（ステップＥ８０）。
【００８１】
例えば、図５Ａを参照すると、線Ｒ２、Ｒ−２の相対振幅は閾値Ｓ１２と比較される。閾値Ｓ１２は、閾値Ｓ１１と異なるように選択される。
【００８２】
変形形態では、閾値Ｓ１１、Ｓ１２は同じにすることができる。また、線の組のそれぞれの線の振幅が異なるそれぞれの閾値と比較されてもよいことは理解されたい。
【００８３】
この比較の後、監視装置１は、軸のねじれ周波数の倍数の基準線Ｒ０の両側に対称に分布し、かつ振幅が第３の閾値を超える側波帯線の組の数Ｎを評価する（ステップＥ９０）。
【００８４】
この数Ｎは、本発明の意味では、警告の深刻度の推定値であり、Ｎの値が大きいほど、軸ＡＢＰが受けるねじれ振動現象が大きくなり、深刻と考えられる。
【００８５】
図４Ａの例では、±Ｆｍの線の組と±２Ｆｍの線の組を含むので、この数は２であると考えられる。
【００８６】
次に、数ＮがメッセージＭの所定のフィールドに挿入される。
【００８７】
この第１の段階Ｐ１の後、信頼度を警告メッセージＭに関連付けるために、第２の段階Ｐ２が実施される（図３Ｂ）。
【００８８】
そのために、本明細書で示されている実施形態では、信号ｘ（ｔ）において、段階Ｐ１で確認された警告を裏付ける特徴の存在、すなわち、信号ｘ（ｔ）における振幅変調の存在が探索される。
【００８９】
図４Ｃは、搬送波周波数Ｆｐについて非対称であるだけでなく、振幅変調も見られる信号ｘ（ｔ）の例を示している。
【００９０】
したがって、段階Ｐ２で、監視装置１は、時系列信号ｘ（ｔ）からエンベロープ信号Ｘ’（ｔ）を生成する（ステップＥ１００）。
【００９１】
そのために、最初に、信号ｘ（ｔ）のヒルベルト変換
【数１２】
が評価される。時系列信号のヒルベルト変換の計算は、それ自体周知であるので、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００９２】
次に、以下の数式を使用して、信号ｘ（ｔ）の瞬間ｔにおけるエンベロープ信号ｘ’（ｔ）が得られる。
【数１３】
【００９３】
エンベロープ信号ｘ’（ｔ）の周波数は、回転軸のねじれ周波数Ｆｍであることに留意されたい。
【００９４】
その後、エンベロープ信号ｘ’（ｔ）のスペクトル（Ｘ’（ｆ）で表わされ、ｆは周波数を指す）は、スペクトルＸ（ｆ）に関して上述したように、フーリエ変換を使用して監視装置によって評価される（ステップＥ１１０）。
【００９５】
図６は、図４Ｃに示された信号ｘ（ｔ）に対応するエンベロープ信号ｘ’（ｔ）のスペクトルを示す図である。スペクトルには、ねじれ周波数Ｆｍの基準スペクトル線Ｒ’１および周波数２Ｆｍの高調波スペクトル線Ｒ’２が見られる。
【００９６】
より詳細には、振幅変調の存在は、エンベロープ信号のスペクトル内に、軸のねじれ周波数Ｆｍの基本線と呼ばれるスペクトル線Ｒ’１、場合によっては、ねじれ周波数の倍数Ｆ’ｉの高調波スペクトル線Ｒ’ｉが存在することで認められることに留意されたい。
すなわち、
【数１４】
ここで、ｉは１より大きい整数を指す。
【００９７】
したがって、スペクトルＸ’（ｆ）から、信号Ｘ’（ｆ）に軸のねじれ周波数Ｆｍのスペクトル線Ｒ’１が存在するか否かを調べるための探索が行われる（ステップＥ１２０）。この探索は、探索ステップＥ３０と同じ方法で行われる。
【００９８】
線が検出されなかった場合（すなわち、振動信号ｘ（ｔ）内で振幅変調が検出されなかった場合）、中信頼度がデフォルトで警告メッセージＭに関連付けられる（ステップＥ１３０）。この例では、この中信頼度は、「中」に設定されメッセージＭの所定のフィールドに含まれたフラグで表わされる。
【００９９】
線Ｒ’１が検出された場合、その振幅が決定される。この振幅は、スペクトルＸ’（ｆ）内の線の値によって得られる。
【０１００】
その後、このようにして決定された振幅は、実験的に得られた所定の閾値Ｓ２と比較される（ステップＥ１４０）。閾値Ｓ２は、本発明の意味において「第２の」閾値である。
【０１０１】
ステップＥ３０およびＥ４０に関して上述したように、変形形態では、直接閾値Ｓ２を使用して信号Ｘ’（ｆ）にねじれ周波数Ｆｍの線があるかを探索することによって、ステップＥ１２０とステップＥ１４０とが同時に実施されてもよい。線Ｒ’１の振幅が閾値Ｓ２より大きい場合、高信頼度が警告メッセージＭに関連付けられる（ステップＥ１５０）。この例では、この高信頼度は、「高」の値に設定されメッセージＭの所定のフィールドに含まれたフラグで表わされる。
【０１０２】
線Ｒ’１の振幅が閾値Ｓ２より大きくない場合は、中信頼度（すなわち、フラッグは「中」の値に設定される）が警告メッセージＭに関連付けられて、メッセージの適切なフィールドに含まれる（ステップＥ１３０）。
【０１０３】
すなわち、本発明の意味では、高信頼度は、段階Ｐ１で過振幅のねじれ振動が検出されたことを裏付けるものである。しかし、中信頼度は、検出が無効であることを意味するのではない。
【０１０４】
当然、信頼度を推定するために他の数のスペクトル線が考慮されてもよい。例えば、ねじれ周波数に位置する線と共に、１つまたは複数の高調波スペクトル線を観察して、それに応じて信頼度を適合させることができる。
【０１０５】
２つの段階Ｐ１（ステップＥ１０〜Ｅ９０）およびＰ２（ステップＥ１００〜１５０）は、同時にまたはそれどころか連続して（任意の順序で）全く同様に実施されてもよいことは理解されたい。
【０１０６】
ステップＥ１３０およびＥ１５０の終わりに、監視装置１は警告メッセージＭを出す（ステップＥ１６０）。この例では、警告メッセージは、ステップＥ１３０／Ｅ１５０およびＥ９０でそれぞれ推定された信頼度と深刻度とを含む。
【０１０７】
例として、このメッセージＭは手段１４によって航空機のパイロットに送信されて、パイロットはターボジェットＴＲの動作速度を変更することができる。
【０１０８】
変形形態では、メッセージＭは手段１５によって航空機の事業者のサーバに送信されてもよく、メッセージＭはターボジェットＴＲのメンテナンス動作への案内を含んでもよい。
【０１０９】
本発明の別の変形形態では、警告メッセージＭに関連付けられた信頼度は、メッセージＭを出す前に、ターボジェットで実施される他の監視アルゴリズムから得られた診断とまとめられてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジン（ＴＲ）の回転軸（ＡＢＰ）のねじれ振動を監視するための方法であって、
タービンエンジンの静止部品に配置された加速度計（３Ａ）から、搬送波周波数によって特徴付けられる振動加速度信号を取得するステップ（Ｅ１０）と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するステップ（Ｅ２０）と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するステップ（Ｅ３０、Ｅ４０）と、
必要に応じて、警告メッセージを出すステップ（Ｅ１６０）と
を含む監視方法。
【請求項２】
振動信号のエンベロープ信号を評価するステップ（Ｅ１００）と、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するステップ（Ｅ１１０）と、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索するための探索ステップ（Ｅ１２０）と、
探索ステップ（Ｅ１２０）の結果に応じて、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するステップ（Ｅ１３０、Ｅ１５０）と
をさらに含む、請求項１に記載の監視方法。
【請求項３】
エンベロープ信号を評価するステップで、エンベロープ信号は振動信号のヒルベルト変換から得られることを特徴とする、請求項２に記載の監視方法。
【請求項４】
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索ステップ（Ｅ７０）と、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索ステップ（Ｅ７０）で発見されたスペクトル線の組で、少なくとも第３の閾値を超える振幅のスペクトル線の組の数に応じて決まる深刻度を推定するステップ（Ｅ９０）と
をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の監視方法。
【請求項５】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータによって実行される時に請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の監視方法のステップを実行するための命令を含む、コンピュータプログラム。
【請求項６】
請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の監視方法のステップを実行するための命令を含むコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ可読記録媒体。
【請求項７】
タービンエンジン（ＴＲ）の回転軸（ＡＢＰ）のねじれ振動を監視するための監視装置（１）であって、
搬送周波数によって特徴付けられる振動加速度信号をタービンエンジンの静止部品に配置される加速度計（３Ａ）から取得するための取得手段（１１）と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段（１１）と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するための探索手段（１１）と、
必要に応じて、警告メッセージを出すための発行手段（１４、１５）と
を備える監視装置（１）。
【請求項８】
振動信号のエンベロープ信号を評価するための評価手段（１１）と、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段と（１１）、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索するための探索手段（１１）と、
探索ステップの結果に応じて作動される、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するための推定手段（１１）と
をさらに備える、請求項７に記載の監視装置（１）。
【請求項９】
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索手段と、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索手段で発見されたスペクトル線の組で、少なくとも第３の閾値を超える振幅のスペクトル線の組の数に応じて決まる深刻度を推定するための推定手段（１１）と
をさらに備える、請求項７または請求項８のいずれかに記載の監視装置（１）。
【請求項１０】
請求項７から９のうちのいずれか一項に記載の監視装置（１）と、
タービンエンジンの静止部品に配置され、監視装置に振動加速度信号を送るように構成された加速度計（３Ａ）と
を含むタービンエンジン（ＴＲ）。
【請求項１】
タービンエンジン（ＴＲ）の回転軸（ＡＢＰ）のねじれ振動を監視するための方法であって、
タービンエンジンの静止部品に配置された加速度計（３Ａ）から、搬送波周波数によって特徴付けられる振動加速度信号を取得するステップ（Ｅ１０）と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するステップ（Ｅ２０）と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するステップ（Ｅ３０、Ｅ４０）と、
必要に応じて、警告メッセージを出すステップ（Ｅ１６０）と
を含む監視方法。
【請求項２】
振動信号のエンベロープ信号を評価するステップ（Ｅ１００）と、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するステップ（Ｅ１１０）と、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索するための探索ステップ（Ｅ１２０）と、
探索ステップ（Ｅ１２０）の結果に応じて、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するステップ（Ｅ１３０、Ｅ１５０）と
をさらに含む、請求項１に記載の監視方法。
【請求項３】
エンベロープ信号を評価するステップで、エンベロープ信号は振動信号のヒルベルト変換から得られることを特徴とする、請求項２に記載の監視方法。
【請求項４】
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索ステップ（Ｅ７０）と、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索ステップ（Ｅ７０）で発見されたスペクトル線の組で、少なくとも第３の閾値を超える振幅のスペクトル線の組の数に応じて決まる深刻度を推定するステップ（Ｅ９０）と
をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の監視方法。
【請求項５】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータによって実行される時に請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の監視方法のステップを実行するための命令を含む、コンピュータプログラム。
【請求項６】
請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の監視方法のステップを実行するための命令を含むコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ可読記録媒体。
【請求項７】
タービンエンジン（ＴＲ）の回転軸（ＡＢＰ）のねじれ振動を監視するための監視装置（１）であって、
搬送周波数によって特徴付けられる振動加速度信号をタービンエンジンの静止部品に配置される加速度計（３Ａ）から取得するための取得手段（１１）と、
振動信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段（１１）と、
少なくとも第１の閾値より大きい振幅のスペクトル線であって、振動信号の搬送波周波数の両側のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の組を探索するための探索手段（１１）と、
必要に応じて、警告メッセージを出すための発行手段（１４、１５）と
を備える監視装置（１）。
【請求項８】
振動信号のエンベロープ信号を評価するための評価手段（１１）と、
エンベロープ信号の周波数スペクトルを評価するための評価手段と（１１）、
第２の閾値より大きい振幅を有し、軸のねじれ周波数の倍数で存在するエンベロープ信号のスペクトル内の少なくとも１つのスペクトル線を探索するための探索手段（１１）と、
探索ステップの結果に応じて作動される、警告メッセージに関連付けられた信頼度を推定するための推定手段（１１）と
をさらに備える、請求項７に記載の監視装置（１）。
【請求項９】
搬送波周波数の両側の振動信号のスペクトルに分布し、軸のねじれ周波数の倍数だけ搬送波周波数から離間したスペクトル線の少なくとも他の組を探索するための探索手段と、
警告メッセージに関連付けられた深刻度であって、探索手段で発見されたスペクトル線の組で、少なくとも第３の閾値を超える振幅のスペクトル線の組の数に応じて決まる深刻度を推定するための推定手段（１１）と
をさらに備える、請求項７または請求項８のいずれかに記載の監視装置（１）。
【請求項１０】
請求項７から９のうちのいずれか一項に記載の監視装置（１）と、
タービンエンジンの静止部品に配置され、監視装置に振動加速度信号を送るように構成された加速度計（３Ａ）と
を含むタービンエンジン（ＴＲ）。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５１２４４６（Ｐ２０１３−５１２４４６Ａ）
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４１５５２（Ｐ２０１２−５４１５５２）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５２４６７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６４４９０
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２０１０／０５２４６７
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６４４９０
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０５２７７６９１）スネクマ (567)
【Ｆターム（参考）】
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