La présente invention concerne un banc d'essais d'accéléromètres, en particulier dans le cadre de simulations sur un système de régulation de turbomachine.

Une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprend généralement un ensemble de systèmes de régulation capable de mesurer différents paramètres de fonctionnement de la turbomachine, telle que les températures, les pressions, les débits des flux, les vitesses de rotation, et de commander les moyens de contrôle de la turbomachine en fonction de ces paramètres et de réglages effectués par un utilisateur, afin d'assurer un usage optimal de la turbomachine.

Dans le cadre de la conception et du contrôle de ces systèmes de régulation, il est nécessaire de les tester en dehors de la turbomachine, afin par exemple de contrôler leur fonctionnement dans des environnements difficilement simulables sur l'ensemble d'une turbomachine. Un de ces environnements correspond à la mise en exposition à des perturbations électromagnétiques de source externe aux systèmes de régulation, et pouvant être de puissances variables. Dans ce cas, on teste la résistance et les réactions des systèmes de régulations à ces perturbations électromagnétiques, dans un environnement reproduisant le plus fidèlement possible la turbomachine. Ce type d'essais est appelé test de compatibilité électromagnétique.

Afin de simuler l'environnement correspondant à la turbomachine, on stimule indépendamment chacun des capteurs des systèmes de régulation à l'aide de bancs d'essais dédiés d'une part à la reproduction de grandeurs physiques et à l'excitation des capteurs, de manière similaire à l'excitation au sein de la turbomachine, et d'autre part à la mesure des données issues des capteurs. De manière idéale, ces bancs d'essais doivent être isolés électromagnétiquement, afin de ne pas être sujets aux perturbations électromagnétiques de simulation précitées, et afin de ne pas consister eux-mêmes en une source de perturbations électromagnétiques pour les capteurs.

En particulier, une partie des capteurs des systèmes de régulation sont des accéléromètres dédiés à la mesure des vibrations de la turbomachine en fonctionnement, ces vibrations étant corrélées aux vitesses de rotation des éléments tournants de la turbomachine.

Afin d'exciter les accéléromètres des systèmes de régulation, et de reproduire les vibrations de la turbomachine, il a été envisagé d'utiliser des pots vibrants, qui sont alimentés par un signal alternatif de forte puissance provenant d'un amplificateur externe, d'un contrôleur et d'un générateur de signal, afin de produire la vibration d'un plateau du pot vibrant. Toutefois, les pots vibrants sont très onéreux, encombrants et peu modulables, compliqués à mettre en œuvre à cause du réglage de l'amplificateur externe, consomment une importante puissance électrique, et sont très concernés par les interactions électromagnétiques évoquées ci-dessus.

Les pots vibrants ne sont donc pas des solutions adaptées au contexte évoqué dans cette demande de brevet.

L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.

A cet effet, elle propose un banc d'essais comprenant :

- au moins un accéléromètre qui est relié par liaison mécanique rigide à un support, et,

- une enceinte à vibrations apte à convertir un signal électrique en une vibration mécanique diffusée au support et à l'accéléromètre par liaison mécanique rigide entre une partie oscillante de l'enceinte à vibrations et le support, de manière à utiliser le support comme amplificateur acoustique et à exciter l'accéléromètre selon une onde mécanique prédéterminée.

Le support est donc nécessairement apte à propager en interne, par sa propre déformation, une onde acoustique provenant de l'oscillation de l'enceinte à vibrations, et ce au moins jusqu'à l'accéléromètre. Le type d'enceinte à vibrations évoqué correspond par exemple à celui commercialisé par la marque déposée Adin. Grâce à l'invention, il est possible de se passer d'un système complexe qui nécessite une importante source de puissance. Comme l'enceinte à vibrations de l'invention utilise un support comme amplificateur acoustique, les ressources nécessaires au fonctionnement du banc d'essais sont très simplifiées, ce qui permet de se passer d'un amplificateur électrique externe et des réglages complexes afférents. Enfin, au vu du peu de ressources utilisées, l'enceinte à vibrations peut être formée de taille relativement petite, ce qui permet au banc d'essais d'être modulable, et autorise une isolation électromagnétique facilité de l'enceinte à vibrations. Pour les mêmes raisons, le banc d'essais proposé est beaucoup moins cher à obtenir qu'un pot vibrant de l'art antérieur.

L'invention peut, de manière équivalente, être présentée comme un procédé d'excitation d'un accéléromètre comprenant des étapes consistant à

- relier par liaison mécanique rigide un accéléromètre à un support,

- relier par liaison mécanique rigide audit support une partie oscillante d'une enceinte à vibrations apte à convertir un signal électrique en une vibration mécanique imprimée à la partie oscillante, et

- diffuser au support et à l'accéléromètre la vibration mécanique par propagation interne dans le support, (au moyen de sa propre déformation), d'une onde acoustique provenant de l'oscillation de l'enceinte à vibrations au moins jusqu'à l'accéléromètre, de manière à exciter l'accéléromètre selon une onde mécanique prédéterminée. Avantageusement, l'enceinte à vibrations comporte sa propre source d'alimentation en énergie sous forme d'une batterie rechargeable. Il n'est ainsi pas nécessaire de relier l'enceinte à vibration à une source d'alimentation externe à l'aide de câbles. Les câbles électriques sont des éléments indésirables d'un banc d'essais, car ils rendent difficile l'isolation électromagnétique du banc d'essais, et nuisent à l'aspect modulable du banc d'essais. Préférentiel lement, le signal électrique a été amplifié par l'enceinte à vibrations grâce à l'alimentation en énergie. Le signal électrique possède alors, avant la conversion en vibration mécanique, une puissance comprise dans un cas préféré entre 3W et 50W. La puissance peut être réglée pour pouvoir modifier l'intensité des vibrations qui seront amplifiées par le support et détectées par l'accéléromètre.

Il sera privilégié de construire le signal électrique à partir d'une source informatique de type numérique.

Préférentiel lement, l'enceinte à vibration comporte une mémoire numérique, rémanente en particulier, où est stocké au moins un fichier informatique sous un format audio, et des moyens de conversion desdits fichiers en le signal électrique puis en la vibration mécanique de la partie oscillante. Dans un cas préféré, et pour les besoins de certains essais, le fichier informatique contient une information d'un signal audio dont les fréquences correspondent aux fréquences de rotation caractéristiques d'éléments tournant au sein d'une turbomachine, tels que les rotors basse pression et haute pression. Quand l'enceinte à vibration comporte une batterie et une mémoire numérique comme précité, le banc d'essais peut être complètement autonome, ce qui facilite grandement son montage et son intégration électromagnétique.

Selon une autre caractéristique, la partie oscillante de l'enceinte à vibrations est en appui plan sur le support et maintenue par collage ou succion sur ledit support.

Le support peut former un boîtier sur une paroi duquel l'accéléromètre est relié à l'extérieur du boîtier, et sur une paroi duquel la partie oscillante de l'enceinte à vibrations est reliée à l'intérieur du boîtier.

Préférentiel lement, l'accéléromètre et la partie oscillante de l'enceinte à vibrations sont en contact avec la même paroi du boîtier. De cette manière, la transmission des vibrations entre l'enceinte à vibrations et l'accéléromètre est optimale, sans changement d'interface mécanique. Selon un mode de réalisation possible, des moyens d'alimentation en énergie et/ou de génération du signal électrique sont connectés à l'enceinte à vibrations. Dans le cas où un boîtier est utilisé, lesdits moyens d'alimentation en énergie et/ou de génération du signal électrique sont agencés à l'extérieur du boîtier et traversent le boîtier. Ce mode de réalisation sera utile par exemple lorsque la batterie ne propose pas une autonomie suffisante, et/ou lorsque l'on voudra contrôler un temps réel le signal électrique.

Le boîtier peut être en métal conducteur et peut être agencé de manière à être complètement fermé. Le boîtier peut ainsi faire office de cage de Faraday.

Selon une caractéristique envisagée, le boîtier comporte une paroi amovible d'ouverture et de fermeture du boîtier pour un accès à l'enceinte à vibrations, cette paroi mobile étant reliée aux autres parois du boîtier par l'intermédiaire d'au moins un joint à compatibilité électromagnétique lorsque le boîtier est dans un état fermé. Cela autorise le montage/démontage de l'enceinte à vibrations dans le boîtier sans nuire à son isolation électromagnétique.

Selon une réalisation avantageuse, une des parois du boîtier est cylindrique avec des extrémités axiales fermées par deux parois d'extrémité chacune perpendiculaire à la paroi cylindrique. L'une de ces parois d'extrémité, formée par exemple par le support, est de préférence reliée à l'accéléromètre et à l'enceinte à vibration. La paroi d'extrémité évoquée ci-dessus peut en outre comporter au moins une rainure circulaire concentrique de manière à conférer davantage de souplesse à ladite paroi vibrante.

Afin de concentrer l'énergie vibratoire au niveau du boîtier, ce dernier peut être agencé sur un établi par l'intermédiaire d'au moins un amortisseur. L'invention concerne également un procédé d'excitation en vibration et de mesure d'un accéléromètre, comprenant les étapes consistant à :

- former un banc d'essais comme décrit précédemment,

- donner à interpréter à l'enceinte à vibrations un signal électrique contenant une information audio, de manière à faire vibrer le support et l'accéléromètre suivant une onde acoustique correspondante, et

- mesurer les valeurs d'accélération perçues par l'accéléromètre. Avantageusement, ce procédé d'excitation en vibration d'un accéléromètre comprend en outre les étapes consistant à :

- fournir comme information audio au moins une fréquence de rotation d'une turbomachine en fonctionnement,

soumettre le banc d'essais à des perturbations électromagnétiques externes.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un premier mode de réalisation d'un banc d'essais proposé dans cette demande,

- la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un banc d'essais proposé dans cette demande

- la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un troisième mode de réalisation d'un banc d'essais proposé dans cette demande,

- la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation d'un boîtier de protection électromagnétique d'une enceinte à vibrations.

On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un banc d'essais tel qu'introduit précédemment, et dans le quel l'enceinte à vibrations n'est pas agencée dans un boîtier. Un établi 10 relié à la masse est utilisé pour le montage du banc d'essais. Le support 12 se présente sous la forme d'une plaque en métal conducteur, dont l'épaisseur peut varier entre 0,5 mm et 1 cm, et dont la taille est assez grande pour accueillir les différents éléments du banc d'essais. La diagonale du support sera typiquement comprise entre 10 cm et 150 cm. Au niveau des bords latéraux du support 12, des pieds 14 sont montés pour positionner le support 12 sur l'établi 10. Ces plages dimensionnelles sont toutefois données à titre d'exemple, et ne sont pas limitatives du moment que l'invention reste fonctionnelle.

Chaque pied 14 comprend un barreau cylindrique 16 dont une face d'extrémité comprend un alésage pour le passage d'une vis 18. Afin de maintenir le barreau cylindrique 16 par rapport au support 12, la vis passe par des orifices formés successivement à travers une rondelle 20, un premier organe d'amortissement 22 en forme générale de disque, le support 12, un second organe d'amortissement 24 similaire au premier, et l'alésage du barreau cylindrique 16. Ce type de liaison entre les pieds 14 et le support 12 permet au support de vibrer librement lorsque le banc d'essai est mis en fonctionnement. Dans l'exemple représenté en figure 1 , les pieds 14 sont au nombre de quatre, les barreaux cylindriques 16 reposant sur l'établi 10. Facultativement, il est proposé de fixer de manière classique les pieds 14 sur l'établi 10. Il est encore proposé de ne former que deux pieds 14 d'un seul côté du support 12, en fixant ces deux pieds à l'établi 10. Le côté du support 12 sans pieds est alors maintenu au dessus de l'établi 10 en porte à faux. Cet autre mode de montage offre une meilleure liberté de mouvement du support 12, qui est donc plus à même de transmettre des vibrations.

Des accéléromètres 26, 28 sont agencés par liaison mécanique rigide sur le support 12. Par liaison mécanique rigide, on entend ici que cette liaison est apte à transmettre des vibrations acoustiques, autrement dit mécaniques, entre les deux éléments formant la liaison. L'accéléromètre 26 est relié au support au moyen d'une soudure 30, et l'accéléromètre 28 au moyen d'adhésifs 32, dans l'exemple représenté. On pourra également utiliser une liaison boulonnée dans un autre exemple. Les accéléromètres sont reliés par des câbles électriques 34, 36 à des moyens de traitement des mesures (non représentés) effectuées pendant les essais.

Une enceinte à vibrations 38 est agencée par liaison mécanique rigide sur le support 12. Cette enceinte à vibrations 38 comprend une partie oscillante 40 fixée au support 12 par succion, à l'aide d'une ventouse 84 par exemple, ou par collage. On acceptera bien entendu tout autre mode de fixation rigide. A cet effet, on pourra par exemple utiliser une feuille adhésive trouée en son centre de manière à être agencée et collée autour de la partie oscillante 40, cette feuille comprenant également une partie collée au support 12 autour de la partie oscillante 40. L'enceinte à vibration comprend de manière préférée une batterie interne A qui permettra l'autonomie en énergie du banc d'essais. La batterie sera en général capable de procurer une autonomie pouvant aller jusqu'à une quinzaine d'heure, mais ses performances pourront évoluer selon les développements dans le domaine. L'énergie délivrée par la batterie servira à la génération des vibrations dans la partie oscillante 40. L'enceinte à vibration 38 est en outre apte à amplifier, grâce à la source d'énergie, un signal électrique analogique de type audio, tel que musical, ce signal électrique correspondant au signal acoustique dont on veut transmettre l'information, puis à convertir ce signal électrique en une vibration de la partie oscillante reproduisant ce signal acoustique.

Dans l'exemple représenté en figure 1 , l'enceinte acoustique 38 comprend en outre une mémoire interne B de stockage de fichiers informatiques, par exemple une carte mémoire de type SD, et un système d'exploitation C permettant le décodage de ces fichiers informatiques de type numérique en le signal électrique analogique de type audio précité. Les fichiers informatiques peuvent être encodés selon un format audio couramment utilisé en informatique, de type WAVE, MP3, OGG, AAC, FLAC, WMA, etc. Le signal électrique analogique, produit après amplification électrique par l'enceinte à vibrations, et utilisé pour produire les vibrations, possède une puissance typiquement comprise entre 3W et 50W dans le cas présent. On pourra bien entendu choisir des puissances différentes de cette plage de valeurs, en fonction des besoins expérimentaux.

L'enceinte à vibrations ci-dessus décrite peut être trouvée dans le commerce et est par exemple proposée par la société Adin (marque déposée). Il est particulièrement intéressant d'utiliser cette enceinte à vibrations dans un cadre optimisé d'un banc d'essais pour le test d'accéléromètres, alors que les enceintes à vibrations sont considérées en l'état actuel seulement comme moyen d'écoute de musique.

Grâce à la liaison mécanique entre la partie oscillante 40 et le support 12, le support 12 fait office d'amplificateur acoustique pour la vibration mécanique générée par l'enceinte à vibrations 38. La vibration mécanique se propage ainsi dans tout le support 12, jusqu'aux accéléromètres 26, 28 qui peuvent mesurer cette vibration.

L'enceinte à vibration 38 est particulièrement adaptée pour la génération d'un signal acoustique dans les fréquences audibles par l'être humain. Ces fréquences correspondent sensiblement aux fréquences des vibrations présentes dans une turbomachine, telles que les fréquences de rotation des rotors respectivement de hautes pression et de basse pression, ce qui rend l'enceinte à vibration adaptée pour la simulation de telles vibrations. Le signal audio traité par l'enceinte à vibrations et utilisé pour les essais, et dont l'information est par exemple contenu dans le fichier informatique précité, reproduira donc avantageusement ces fréquences caractéristiques de la turbomachine.

On se réfère maintenant à la figure 2 qui propose en plus de former un boîtier qui crée une isolation électromagnétique autour de l'enceinte à vibrations.

Un pot cylindrique 42 en métal conducteur est monté retourné sur le support 12, par-dessus l'enceinte à vibrations 38. Un joint à compatibilité électromagnétique (dit joint CEM) 44 circulaire est agencé à l'interface entre le pot cylindrique 42 et le support 12. Le pot cylindrique 42 est maintenu serré contre le support 12 grâce à un bâton 48 un appui transversal par l'extérieur contre le fond du pot cylindrique 42. Ce bâton comprend deux orifices 50 orientés vers le support et à travers lesquels passent respectivement deux tiges 52 filetées dont deux extrémités respectives sont engagées dans des écrous 54 fixés au support 12. De l'autre côté du bâton 48 par rapport aux écrous 54, des écrous à oreilles 56 sont respectivement engagés sur les tiges 52. En vissant les écrous à oreilles 56 sur les tiges 52, on appui alors le bâton 48 contre le fond du pot cylindrique 42, de manière à serrer ce dernier sur le support 12.

De cette manière, l'ensemble formé par le pot cylindrique métallique 42 et le support 12 forme une cage en métal conducteur autour de l'enceinte à vibrations, et agit avec le principe d'une cage de Faraday. De plus, une jonction métallique conductrice 46, est formée, par exemple par un clinquant ou une tresse, entre le support 12 et l'établi 10 afin de relier la cage précitée à la masse. Ainsi, le champ électromagnétique généré par l'enceinte à vibrations en fonctionnement reste enfermé dans cette cage, et ne perturbe pas les accéléromètres.

On notera que l'exemple ci-dessus destiné à former une cage de

Faraday autour de l'enceinte à vibrations n'est pas limitatif. De manière générale, et avec divers moyens connus dans la technique, on voudra au moins former une cage de Faraday isolant l'enceinte à vibrations de son environnement en ce qui concerne les ondes électromagnétiques générées au sein du banc d'essais. Le fait d'utiliser un support afin de propager les vibrations générées par l'enceinte à vibrations jusqu'à l'accéléromètre, permet de dissocier spatialement l'enceinte à vibrations de l'accéléromètre, et facilite donc la formation d'une cage de Faraday autour de l'enceinte à vibrations, de manière à l'isoler électromagnétiquement de l'accéléromètre.

Dans l'exemple représenté à la figure 2, l'enceinte à vibration 38 est reliée à un câble d'alimentation en énergie 58, et à un câble de transmission d'un signal électrique 60 contenant une information audio. Ces câbles 58, 60, permettre de ne pas être contraint par l'autonomie de l'enceinte à vibration, et de pouvoir contrôler un direct le signal audio traité par l'enceinte à vibrations. Ce signal électrique contenant une information audio peut être soit un signal analogique, qui pourra être amplifié par l'enceinte à vibration ou directement converti en le signal acoustique, soit un signal électrique informatique de type numérique, qui pourra être décodé par un système d'exploitation C de l'enceinte acoustique en un signal électrique analogique puis en le signal acoustique. Ces câbles 58, 60 sont de préférence blindés pour posséder une isolation électromagnétique, et passent par exemple à travers des presse-étoupes 82 formées sur la paroi cylindrique du pot cylindrique 42.

La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'une cage de Faraday autour de l'enceinte à vibrations.

Un cylindre ouvert 62 en métal conducteur est posé, autour de l'enceinte à vibrations 38, sur le support 12. Un rebord annulaire 63 externe s'étend perpendiculairement de l'extrémité du cylindre ouvert 62 en contact contre le support 12. Ce rebord 63 comprend des orifices alignés avec des orifices du support 12 pour le passage de vis 64 de fixation du rebord 63 sur le support 12. Afin d'assouplir la structure et de s'assurer qu'aucune onde ne passe sous le rebord 63, par exemple en cas de déformation de la plaque 12 par rapport au rebord 63, on peut agencer un joint CEM 65 élastique annulaire entre le rebord 63 et le support 12.

Un joint CEM 66 annulaire est agencé sur un rebord annulaire interne 70 de l'extrémité du cylindre ouvert 62 opposée au support 12. Ce joint 66 fait interface entre le cylindre ouvert 62 et un couvercle 68 en métal conducteur posé sur l'extrémité du cylindre 62 dernièrement citée. Le couvercle métallique 68 comprend à sa périphérie des crochets 72. Des retenues 74 sont formées sur le cylindre ouvert 62, et comprennent chacun une rainure annulaire. Des élastiques relativement rigides ou des anneaux métalliques 76 contraignent les crochets 72 contre les retenues 74. Les élastiques ou anneaux métalliques 76 sont mis en tension par exemple par un système de levier au niveau des retenues 73. De cette manière, le couvercle 68 est maintenue serré contre l'extrémité du cylindre ouvert 62 et l'étanchéité électromagnétique est obtenue.

Comme pour l'exemple représenté en figure 2, l'ensemble précité forme une cage de Faraday. Ainsi, lorsqu'on utilise une antenne 78 afin de générer un champ électromagnétique, dont les caractéristiques sont représentatives des environnements extérieurs simulés, aux alentours du banc d'essais, l'enceinte à vibrations 38 n'est pas perturbée. Le champ électromagnétique créé par l'antenne 78 simule par exemple une foudre ou autre (radars, antennes de téléphonie mobile, etc.), et permet de tester et vérifier le fonctionnement des accéléromètres 26, 28, soumis aux vibrations générées par l'enceinte à vibrations 38 et amplifiés par le support 12 et qui simulent les vibrations d'une turbomachine, dans cet environnement déterminé.

Dans l'exemple représenté en figure 3, on utilise les moyens autonomes A, B de l'enceinte à vibrations concernant l'alimentation en énergie et la source d'information pour la génération du signal acoustique. Le montage du banc d'essais est ainsi facilité, car il n'y a pas besoin de ménager des passages de câbles supplémentaires, et il n'existe pas de risque de fuites électromagnétiques à travers la cage de Faraday formée ou les câbles.

Des rainures 80 circulaires on de plus été formées à la surface du support 12 afin de lui conférer une meilleure souplesse permettant une meilleur amplification des vibrations acoustiques développées par la partie oscillante 40.

On se réfère maintenant à la figure 4 qui représente encore un autre mode de réalisation d'un boîtier formant une cage de Faraday, destiné à être agencé autour de l'enceinte à vibration telle que décrite précédemment. Le boîtier correspond cette fois à un pot cylindrique 86 en métal conducteur retourné sur le support 12. Le pot 86 comprend, non loin de son extrémité ouverte qui fait face au support 12, un rebord annulaire interne 88. De cette manière, il est formé un logement annulaire délimité par ledit rebord 88 et l'extrémité du pot 86, au regard du support 12. On agence dans ce logement un joint CEM 90, dont les dimensions ont été choisies afin que ce dernier épouse la forme du logement tout en dépassant d'un léger jeu de l'extrémité ouverte du pot 86.

Au moins deux ou trois pattes 92 en angle droit sont soudées régulièrement réparties autour du pot cylindrique 86. Une première branche 94 de chaque patte 92 est soudée sur la face externe du pot 86, au niveau de l'extrémité ouverte du pot 86 en regard du support 12, et une seconde branche 96 de chaque patte 92, à angle droit avec la première branche 94 et s'étendant perpendiculairement à la paroi cylindrique du pot 86, est alignée avec l'extrémité ouverte du pot 86. Les secondes branches 96 comprennent des orifices alignés avec des orifices du support 12, pour le passage de boulons 98.

Lorsque les boulons 98 sont mis en place et serrés, de préférence à l'aide d'écrous papillons agencés du côté du pot 86 afin de faciliter le montage, le pot cylindrique 86 est contraint et serré contre le support 12. De cette manière, le joint CEM 90 qui est agencé dans le logement au regard de l'extrémité ouverte du pot et qui dépasse légèrement de cette extrémité, est aplati dans le logement lors du serrage des boulons 98, et assure une isolation électromagnétique optimale entre le support 12 et le pot cylindrique 86.

Bien que tout boîtier assurant une isolation électromagnétique autour de l'enceinte à vibrations puisse convenir aux essais, on notera que les différents boîtiers décrits ci-avant sont particulièrement adaptés pour un montage et un démontage très fréquent, c'est-à-dire au moins deux fois par jour sur plusieurs mois, car ils permettent une mise en place facile et rapide du banc d'essais. Sans cette contrainte, il suffirait par exemple de visser et souder le boitier sur le support de façon classique. Les exemples de boîtiers décrits ci-avant ne sont par conséquent pas limitatifs, même s'ils présentent un intérêt certain.