Développement de quelques outils de traitement du signal pour le diagnostic vibro-acoustique des machines aéronautiques

Developement of some signal processing tools for vibro-acoustic based diagnosis of aeronautic machines

• Auteur / Autrice : Yasmine Hawwari
• Direction : Jérôme Antoni, Hugo André
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LVA - Laboratoire Vibrations Acoustique (Lyon, INSA) - Laboratoire Vibrations Acoustique / LVA
• Jury : Président / Présidente : Marie Chabert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Antoni, Hugo André, Marie Chabert, Marco Cocconcelli, Renata A. Klein, Karim Abed-Meraim, Konstantinos Gryllias, Mohamed El Badaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Chabert, Marco Cocconcelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéronautique

Mots clés libres

Mécanique

Interférences

Non Stationnaire

Robustesse de composants

Vibro-Acoustique

Estimation de la vitesse

Détection des pics

Bruit

Pics spectraux

Vitesse instantannée

Estimation adaptative

Diagnostic

Aéronautique

Mechanics

Interferences

Non stationary rotating machinery surveilance

Component robustness

Vibro-Acoustic

Speed Estimation

Peak detection

Noise

Spectral peaks

Instantaneous speed

Adaptive estimation

Diagnostic

Aeronautics

Résumé

Le prétraitement des signaux de vibration dans des conditions difficiles comme celles de l'aéronautique semble être compliqué. Les conditions de fonctionnement sont nonstationnaires et le moteur présente au moins deux familles harmoniques non-linéaires liées à l'arbre à basse et haute pression. De plus, les contraintes de conception imposent un nombre réduit d'accéléromètres (généralement deux) qui est insuffisant pour détecter tous les phénomènes liés à l'arbre. Les signaux acoustiques ne sont pas soumis à cette dernière contrainte. Cependant, ils sont très bruyants par rapport aux signaux de vibration et peuvent ne pas détecter les problèmes de faible énergie. De plus, ils dépendent fortement de la position du microphone et de sa directivité. Ainsi, l'objectif de la thèse est de proposer/essayer des méthodes robustes pour principalement (i) l'interférence entre différents phénomènes linéaires et non linéaires, (ii) les conditions de fonctionnement non stationnaires et (iii) les phénomènes de bruit à large bande (lorsqu'ils ne sont pas d'intérêt). Ces difficultés scientifiques sont considérées à travers (1) une détection aveugle des pics spectraux, (2) l'estimation de la vitesse instantanée et (3) l'estimation de la composante déterministe/tonale.

Pre-processing vibration signals in harsh conditions such as the aeronautic conditions seems a complicated task. The operating conditions are nonstationary and the motor exhibits at least two harmonic non-linear families related to low and high pressure shaft. Furthermore, the design constraints impose a reduced number of accelerometers (generally two) which is unfortunately insufficient to detect all the shaft related phenomena. The acoustic signals are not subjected to the latter constraint. However, they are very noisy in comparison to vibration signals and may not detect low energy problems and very low frequency phenomena. Besides, the obtained signals depend strongly on the microphone position and its directivity in addition to the problem of clipping with medium to high acoustic pressure values. Thus, the PhD objective is to propose methods robust to mainly (i) the interference between different linear and non-linearly related phenomena, (ii) the nonstationary operating conditions and (iii) the broadband noise phenomena. These scientific difficulties are considered through (1) a blind detection of spectral peaks, (2) the estimation of the instantaneous speed and (3) the estimation of the deterministic/tonal component.