Notre chargé de recherche, Ahmed Jhinaoui, a réalisé sa thèse pour l'INRIA. Le thème de ses travaux s’inscrit dans une large thématique de recherche entre l’INRIA et l’ISAE, à travers le projet I4S portant sur la surveillance de la santé des structures mécaniques dans le but de réduire les interventions de maintenance.

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Problématique

Le phénomène de résonance au sol consiste en une instabilité dont les oscillations peuvent en quelques secondes renverser l’hélicoptère. Ainsi, ses pales touchent la queue, ce qui mène à la destruction de l’appareil. L’objectif initial de ces travaux de recherche est de développer un système de diagnostic vibratoire pour rotors d’hélicoptères qui permet notamment de détecter, d’une manière précoce, le phénomène de résonance au sol.

Plusieurs travaux se sont intéressés à l’identification des fréquences et amortissements des structures mécaniques et à la surveillance en ligne de ces paramètres modaux afin de s’assurer de l’état de ces structures. L’approche d’identification la plus utilisée en industrie reste l’identification sous-espaces (SSI : Stochastic Subspace Identification). Récemment, une approche prometteuse, qui s’appuie sur la méthode SSI et les méthodes de statistiques inférentielles, a été proposée et validée sur différents aéronefs.

Ces deux approches s’appliquent seulement pour les systèmes invariants dans le temps. Le transfert des résultats obtenus n’est donc pas possible pour les hélicoptères qui sont, par leurs parties rotatives, des systèmes périodiques dans le temps. Le but de cette étude a donc été d’étendre le champ d’application des méthodes d’identification SSI et de détection reposant sur l’approche SSI, au cas des hélicoptères.

Le cadre de l’étude s’est par la suite élargi à la surveillance des éoliennes qui d’un point de vue dynamique, représentent des comportements très analogues aux hélicoptères.

Solutions apportées

Sur la base de l’étude bibliographique et notamment les travaux réalisés à l’ISAE, un modèle simplifié a été utilisé pour étudier le comportement de la résonance au sol. Les équations de mouvement de ce modèle mènent à des équations différentielles à coefficients périodiques dans le temps. La stabilité des systèmes périodiques est donnée par une condition portant sur certains paramètres appelés les multiplicateurs de Floquet, qui découlent de la théorie de Floquet sur les équations différentielles périodiques. L’avantage de l’utilisation des multiplicateurs de Floquet est que, lorsqu’un système périodique est instable, leur partie réelle est positive.

Une méthode OMA de type SSI a été développée pour identifier les multiplicateurs de Floquet à partir de données de capteurs vibratoires. Après une analyse mathématique rigoureuse de cette nouvelle méthode, une étude d’incertitude a été menée afin de quantifier l’effet des erreurs de mesures, de la nature des bruits d’entrées, etc. Cette étude montre que les incertitudes sont très faibles.

Dans un second temps, et en se basant sur la méthode d’identification proposée, un algorithme de détection d’instabilité pour systèmes périodiques a été développée. Cet algorithme a pour but de surveiller les multiplicateurs de Floquet et de déclencher une alarme, s’il y a un changement de comportement vers un régime instable.

Les méthodes développées ont été validées sur un banc de test d’hélicoptère à l'ISAE, destiné à l’étude de la résonance au sol, qui est le premier en son genre en Europe. Elles ont également été validées sur des données d’éolienne fournies par l’université de Harbin, en Chine.

Autres missions

  • These

Notre directeur technique, Baptiste Coulange, a réalisé sa thèse en collaboration avec le CNES et l'université Paris 5 sur le thème de la détection d'aliasing dans les images.

Les satellites d'observation terrestre sont optimisés pour obtenir la meilleure qualité d'image. La taille du capteur d'acquisition et les paramètres de l'optique sont choisis pour obtenir le meilleur compromis entre résolution et artefact d'acquisition (plus la résolution est élevée, plus les artefacts sont importants).

L'aliasing (un artefact d'acquisition) peut provoquer des erreurs d'interprétation des images. Il est donc critique de le détecter. En exploitant la dualité entre la localisation spatiale dans une image et la relation d'aliasing dans le plan de la Transformée de Fourrier, un algorithme de détection de l'aliasing a pu être développé et validé.

Thibault Gouache (cofondateur de Cornis), a réalisé sa thèse pour l'ESA (Agence Spatiale Européenne), en collaboration avec l'ISAE et l'Université de Surrey sur le thème de la mécanique et de l'automatique. Une expertise sur la conception, l’évaluation et le test de mécanismes spatiaux a été développée.

Notre chargée de recherche, Virginie Delavaud, a réalisé sa thèse en collaboration avec la SNCF et l'ENSTA ParisTech, sur le thème du bruit de roulement ferroviaire.

Le bruit de roulement est la principale cause du bruit des transports ferroviaires, pour un large intervalle de vitesse de train (entre 50 et 320 km/h). Le bruit de roulement se produit lorsque la roue roule sur le rail, en ligne droite. Dans le même contexte, le bruit d’impact intervient lorsque des défauts importants sont présents sur les surfaces de la roue et/ou du rail, par exemple un méplat sur la roue ou un joint sur le rail.