Détection de ruptures et identification des causes ou des symptômes dans le fonctionnement des turboréacteurs durant les vols et les essais

Change-point detection and identification of the causes in aircraft enging during flights and test benches

• Auteur / Autrice : Cynthia Faure
• Direction : Jean-Marc Bardet, Madalina Olteanu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 21/09/2018
• Etablissement(s) : Paris 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Statistique, analyse, modélisation multidisciplinaire (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Statistique, analyse, modélisation multidisciplinaire (Paris ; 2010-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Bardet, Madalina Olteanu, Philippe Besse, Fabrice Rossi, Emilie Lebarbier, Jean-Charles Lamirel, Jérôme Lacaille, Marie Cottrell
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Chavent, Erwan Le Pennec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multivariée

Séries chronologiques

Algorithmes

Analyse temps-fréquence

Avions -- Stabilité

Avions -- Turboréacteurs

Mots clés libres

Détection de ruptures

Séries temporelles

Phases transitoires

Clustering de signaux bivariés

Détection d'anomalies

Recherche de similarités

Multivariate time series

Time series

Tracking similar behaviours

Résumé

L'analyse de séries temporelles multivariées, créées par des capteurs présents sur le moteur d'avion durant un vol ou un essai, représente un nouveau challenge pour les experts métier en aéronautique. Chaque série temporelle peut être décomposée de manière univariée en une succession de phases transitoires, très connues par les experts, et de phases stabilisées qui sont moins explorées bien qu'elles apportent beaucoup d'informations sur le fonctionnement d'un moteur. Notre projet a pour but de convertir ces séries temporelles en une succession de labels, désignant des phases transitoires et stabilisées dans un contexte bivarié. Cette transformation des données donne lieu à plusieurs perspectives : repérer dans un contexte univarié ou bivarié les patterns similaires durant un vol, trouver des tronçons de courbes similaires à une courbe donnée, identifier les phases atypiques, détecter ses séquences de labels fréquents et rares durant un vol, trouver le vol le plus représentatif et déterminer les vols «volages». Ce manuscrit propose une méthodologie pour automatiquement identifier les phases transitoires et stabilisées, classer les phases transitoires, labelliser des séries temporelles et les analyser. Tous les algorithmes sont appliqués à des données de vols et les résultats sont validés par les experts.

Analysing multivariate time series created by sensors during a flight or a bench test represents a new challenge for aircraft engineers. Each time series can be decomposed univariately into a series of stabilised phases, well known by the expert, and transient phases that are merely explored but very informative when the engine is running. Our project aims at converting these time series into a succession of labels, designing transient and stabilised phases in a bivariate context. This transformation of the data will allow several perspectives: tracking similar behaviours or bivariate patterns seen during a flight, finding similar curves from a given curve, identifying the atypical curves, detecting frequent or rare sequences of labels during a flight, discovering hidden multivariate structures, modelling a representative flight, and spotting unusual flights. This manuscript proposes : methodology to automatically identify transient and stabilized phases, cluster all engine transient phases, label multivariate time series and analyse them. All algorithms are applied on real flight measurements with a validation of the results from expert knowledge.