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CHEMIN DE CÅBLE POUR AÉRONEF A STRUCTURE EN MATÉRIAU
COMPOSITE
Le domaine de la présente invention est celui du câblage et plus
particulièrement celui du câblage des aéronefs et de leur fixation.
La structure d'un aéronef est classiquement réalisée par une série de
cadres circulaires, portés par des longerons et positionnés régulièrement le
long du fuselage, sur lesquels sont fixés des barreaux appelés lisses. La peau
de l'avion est attachée sur ce réseau de cadres et de lisses.
Les cellules d'aéronefs, qu'il s'agisse d'avions ou d'hélicoptères, sont
traditionnellement réalisées en matériau métallique, ce qui présente un
certain
nombre d'avantages. En particulier le caractère conducteur du métal permet de
réaliser les fonctions suivantes :
- réalisation d'un réseau électrique pour le retour de courant des
équipements de l'avion ; les équipements sont ainsi reliés électriquement,
pour la phase, à un fil acheminant le courant électrique et, pour le neutre,
à la structure de l'aéronef. Il n'y a donc pas besoin de mettre en place un
réseau spécifique de retour de courant.
- mise à la masse commune des équipements, ce qui permet de protéger ces
équipements, de même que les passagers,
- création d'une référence de potentiel commun permettant aux
équipements d'avoir tous la même référence de potentiel et de travailler
dans la même fourchette de tension électrique,
- protection, par un effet de cage de Faraday, contre les effets directs et
indirects de la foudre qui pourraient blesser les passagers et détruire les
équipements électriques de bord, et enfin
- réalisation d'une protection électromagnétique efficace contre les
rayonnements électromagnétiques ; en effet lorsqu'un conducteur
électrique est soumis à un champ électromagnétique, une tension, dite
induite, apparaît entre ses deux extrémités et peut provoquer des
parasites, voire des endommagements aux récepteurs électriques qui y
sont connectés. Ces champs électromagnétiques peuvent être créés, soit
par le rayonnement d'une antenne ou d'un radar (rayonnement
directionnel particulier), soit par des courants de circulation dus au
foudroiement et qui vont circuler sur la surface (plus ou moins
conductrice) de la structure d'un avion (effets indirects de la foudre), soit
encore par des courants de forte intensité qui circulent dans les câbles de
puissance du réseau électrique interne de l'aéronef.
La technologie des cellules d'avion a cependant évolué et les
concepteurs se tournent de plus en plus vers l'utilisation de matériaux
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composites, qui présentent de bonnes performances en matière de masse et
de tenue mécanique, et en particulier vers l'utilisation de composites à
fibres de carbone.
Il s'ensuit que les fonctions indiquées ci-dessus ne sont plus
assurées, la conductivité électrique de ces matériaux composites étant
relativement faible. Il est donc nécessaire sur les aéronefs réalisés en
matériau composite de recréer les fonctions auparavant réalisées par la
structure métallique de l'aéronef. Pour cela une première évolution a été
imaginée, qui consiste à implanter le long de la structure de l'avion des
supports de câbles métalliques, ou métallisés, en forme de goulottes dans
lesquelles sont fixés les câbles électriques. Ces goulottes linéaires, à
section
en U, courent le long du fuselage pour assurer les fonctions énumérées plus
haut. Un exemple de telles goulottes est donné par la demande de brevet
européen EP 0184931 de la société British Aerospace. En complément on
connait la demande de brevet européen EP1355397 de la société
britannique C & C Marshall Ltd qui décrit des raccords de goulottes
destinés à faire subir un coude à des câbles. Compte tenu de leur faible
rayon de courbure et de leur encombrement en relation avec ce rayon de
courbure, ces raccords ne sont pas adaptées à l'installation de câbles le long
ou parallèlement aux cadres d'un fuselage, dont le rayon de courbure est
beaucoup plus grand. De plus ces coudes placent les câbles entre la
goulotte et la paroi de l'avion, ce qui est particulièrement néfaste vis-à-vis
du risque de court-circuit sur les avions en composite, comme expliqué ci-
dessous.
Dans les structures en fibres de carbone (ou structures dite CFRP)
il faut impérativement éviter que des fils électriques, même ceux dans
lesquels circulent des courants de faible intensité, puissent venir en contact
avec la structure. En cas de rupture d'un câble et d'un contact de ce câble
avec la structure de l'avion, il se produit un court-circuit auquel sont
associés un échauffement local et une possible mise à feu du carbone et de
la résine contenus par la structure. Un tel phénomène déclencherait une
émission de fumées toxiques pour les passagers.
Le problème se pose de façon particulièrement aigüe pour des
câbles destinés à suivre une trajectoire courbe, comme ceux montés le long
des cadres de l'aéronef, ou encore ceux qui sont fixés sur des lisses et qui
courent parallèlement aux cadres de l'aéronef. Les câbles aéronautiques
sont en général relativement rigides et ont tendance à résister au cintrage
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qu'ils subissent. Les contraintes subies, associées aux vibrations,
peuvent provoquer en vieillissement des déchirures de la gaine et la rupture
d'un fil. Celui-ci se redresse alors et peut naturellement venir en contact
avec la peau de l'avion.
Il convient donc d'anticiper un tel problème et de trouver un
moyen de protéger les parties d'un avion en fibre de carbone contre les
ruptures intempestives de câbles courant le long des cadres de l'avion, ou
parallèlement à ceux-ci.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients
en proposant un dispositif de fixation des câbles électriques cintrés le long
ou parallèlement aux cadres du fuselage d'un aéronef, pour un aéronef
réalisé, au moins partiellement, en matériau composite, qui assure les
fonctions préalablement assurées par la structure métallique dudit aéronef
ainsi qu'une protection contre les éventuels courts-circuits entre un câble et
la structure en matériau composite.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de maintien de
câble, en forme de goulotte, agencé pour recevoir au moins un câble et
assurer une continuité électrique sur toute sa longueur, caractérisé en ce
que ladite goulotte comporte au moins une cambrure sur son axe
longitudinal dont la valeur correspond sensiblement à la courbure des
cadres du fuselage d'un aéronef, son rayon étant supérieur à un mètre.
La présence d'une goulotte ayant la courbure d'un cadre de
l'aéronef, c'est à dire une valeur de leur rayon de courbure s'exprimant en
mètres et non pas en centimètres, peiniet d'y placer les câbles qui courent
transversalement à l'axe longitudinal du fuselage et ainsi de protéger les
cadres et la peau de l'aéronef contre un éventuel court-circuit.
De façon préférentielle la cambrure de l'axe longitudinal se situe
dans le plan du fond de la goulotte. Celle-ci est ainsi adaptée à un montage
sur la face latérale d'un cadre.
De façon alternative la cambrure de l'axe longitudinal se situe
dans un plan perpendiculaire au fond de la goulotte. Celle-ci est alors
adaptée à un montage par fixation sur les lisses, parallèlement aux cadres
de l'aéronef
Dans un mode particulier de réalisation la goulotte a une forme
sensiblement en U et comporte au moins un bouchon destiné à maintenir le
câble contre le fond du U.
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Préférentiellement ledit
bouchon comporte deux branches
qui s'étendent le long des parois du U et présentent une élasticité leur
donnant un degré de liberté dans le sens transverse à la goulotte.
De façon encore plus préférentielle la face desdites branches qui
est en contact avec les parois de la goulotte présente au moins un dispositif
anti-retour qui s'oppose au retrait du bouchon après sa mise en place.
Avantageusement lesdites branches ont, au repos une position
divergente l'une par rapport à l'autre de façon que le bouchon exerce une
pression contre les parois de la goulotte lorsqu'il y est inséré.
Avantageusement la goulotte comporte sur sa face extérieure des
pattes destinées à assurer la connexion électrique de sa partie métallique à
un circuit de retour de courant d'un aéronef.
L'invention couvre également l'utilisation d'un dispositif tel que
décrit ci-dessus pour le maintien d'un câble cheminant le long d'un cadre
transversal d'un l'aéronef.
Préférentiellement le moyen de fixation assure maintien en position
d'un matelas d'isolation du fuselage dudit aéronef à l'aide d'un moyen de
fixation de la goulotte à la structure d'un l'aéronef.
La présente invention porte également sur un fuselage d'aéronef
comportant au moins un dispositif de maintien de câble tel que décrit ci-
dessus.
Préférentiellement le fuselage d'aéronef comporte au moins une
partie structurale réalisée en fibres de carbone.
Dans un mode particulier de réalisation au moins un cadre réalisé
en fibres de carbone est porteur d'un dispositif de maintien tel que décrit ci-
dessus.
Dans un autre mode particulier de réalisation le fuselage
comporte au moins un dispositif de maintien tel que décrit ci-dessus, qui est
fixé sur des lisses parallèlement aux cadres de l'aéronef
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails,
caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au
cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de
réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et
non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une goulotte linéaire à
multiples gorges, selon l'art antérieur ;
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- la figure 2 est une vue en perspective d'une goulotte cintrée
simple selon l'invention, destinée à être installée sur un cadre d'un aéronef
;
- la figure 3 est une vue en perspective d'une goulotte cintrée
multiple, selon l'invention, destinée à être installée sur un cadre d'un
5 aéronef
- la figure 4 est une vue en coupe d'une goulotte selon un mode
de réalisation de l'invention, renfermant un faisceau de câbles électriques
d'un aéronef ;
- la figure 5 est une vue en coupe d'une goulotte selon un mode
de réalisation de l'invention, installée sur un cadre d'un aéronef ;
- la figure 6 est une vue en coupe d'une goulotte selon un mode
de réalisation de l'invention, installée sur un lisse d'un aéronef.
En se référant à la figure 1, on voit une goulotte linéaire 1, selon
l'art antérieur, comportant quatre gorges, à sections en U. Dans la suite de
la description le mot câble recouvre un ensemble de fils électriques isolés,
généralement associés en un ou plusieurs torons, qui courent dans la même
direction sur une longueur plus ou moins grande de la cellule de l'aéronef.
De façon traditionnelle les câbles sont regroupés en faisceaux qui circulent
le long de l'axe principal de l'aéronef en étant installés dans des goulottes
en forme de U qui les maintiennent en place et les protègent, les goulottes
étant elles-mêmes fixées sur la structure de l'aéronef. Elles sont, de
préférence, réalisées en matériau métallique, essentiellement pour prévenir
les effets de la foudre ou de rayonnements électromagnétiques.
Les avantages apportés par une goulotte 1 sont multiples. Sa
faible résistance électrique lui permet d'établir une même référence de
tension à ses deux extrémités ; elle assure ainsi les fonctions de réalisation
d'un réseau électrique pour le retour de courant, de mise à la masse
commune des équipements et de création d'une référence de potentiel
commun. Sa surface conductrice, lorsque toutes ses parois sont métallisées,
lui permet en outre de constituer une cage de Faraday pour protéger les
câbles internes contre les effets induits de la foudre et de leur assurer une
protection contre les rayonnements électromagnétiques.
Sur les figures 2 et 3 on voit une goulotte 1 selon l'invention,
simple dans le cas de la figure 2 et double dans le cas de la figure 3,
comprenant respectivement une ou deux gorges de maintien des câbles. Ces
goulottes ont une forme cintrée, c'est-à-dire présentant une cambrure de
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leur axe longitudinal, de façon à suivre la courbure d'un cadre de la
structure de l'aéronef, le long duquel, ou parallèlement auquel, elles ont
vocation à être montées. Sur les figures la cambrure est effectuée dans le
plan du fond de la goulotte, et correspond à un montage des goulottes sur le
flanc transversal d'un cadre ; la cambrure (non représentée) peut également
être effectuée dans un plan perpendiculaire au fond de la goulotte, pour un
montage de celles-ci sur la face interne d'un cadre ou bien encore sur des
lisses, parallèlement aux cadres de l'aéronef.
En cas de court-circuit entre câbles, la goulotte représente une
protection pour la structure composite voisine contre l'arc électrique
associé au court-circuit. De même, elle empêche tout contact direct des
câbles électriques qui y seront contenus, avec le carbone de la peau de
l'avion, et permet ainsi d'éviter un départ de feu avec l'émission de fumées
toxiques.
Le fond de la goulotte 1 présente, en fond de chaque gorge, un
perçage 13 par lequel est destiné à passer un moyen de fixation de la
goulotte 1 sur la structure de l'aéronef. Les perçages 13 sont régulièrement
disposés le long de la goulotte 1 et correspondent à l'écartement maximum
admissible entre deux points de fixation consécutifs.
Ces deux goulottes comportent deux pattes métalliques 14, dont
la fonction est de relier la goulotte métallique 1 au réseau de retour de
courant qui est mis en place dans l'aéronef afin d'assurer la fonction de
retour de courant pour les équipements, fonction qui était assurée par la
structure métallique dans les aéronefs de conception plus ancienne.
En se référant maintenant à la figure 4, on voit en coupe une
goulotte 1 selon l'invention, à section en U, dans laquelle est positionné un
câble 2, ou un faisceau de câbles. La coupe est réalisée au niveau du point
de fixation 13 de la goulotte 1 sur la structure 6 de l'aéronef. Le câble 2
est
maintenu en place dans le fond du U par un bouchon de maintien 3 qui
exerce une pression sur le câble en direction du fond du U. Ce bouchon a,
en coupe, une face inférieure qui s'adapte à la forme extérieure du câble
pour ne pas le blesser tout en exerçant sur lui une pression uniformément
répartie, et présente vers le haut deux branches 4 qui s'étendent le long des
parois du U ; une face supérieure complète le bouchon en rejoignant les
deux branches à leur partie inférieure. Ces deux branches 4, qui s'étendent
au-dessus de la face supérieure, présentent une certaine élasticité, de façon
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à leur donner un degré de liberté dans le sens transverse à la goulotte
et, ainsi, leur permettre de se rapprocher l'une de l'autre pour faciliter
l'introduction du bouchon 3 dans la goulotte 1. La face latérale de ces
branches 4, qui est en contact avec les parois de la goulotte 1, présente des
dispositifs anti-retour 5, représentés ici sous la forme de dents, qui
frottent
sur lesdites parois et s'opposent au retrait du bouchon 3 après sa mise en
place. A cet effet les branches 4 ont, au repos, le bouchon étant retiré de la
goulotte, une position divergente l'une par rapport à l'autre de façon à
exercer une pression contre les parois de la goulotte 1 lorsque le bouchon y
est inséré et qu'elles sont alors parallèles l'une à l'autre.
Toujours en référence à la figure 4, la goulotte 1 est rattachée à un
élément de la structure 6 de l'aéronef par un moyen de fixation 7, connu de
l'homme du métier, tel par exemple qu'un rivet. De tels moyens de fixation
sont positionnés, de manière connue, de loin en loin sur la structure 6, le
long du chemin de câbles, pour assurer le maintien de la goulotte 1 sur
l'aéronef.
Au niveau de chaque point de fixation de la goulotte 1 sur la
structure 6 de l'aéronef, la goulotte reçoit un bouchon 3 et l'ensemble
constitué par la goulotte 1, le câble 2 et le bouchon 3 est solidarisé par un
collier de serrage 9, du type de ceux commercialisés sous la marque Ty-
Rap par la société Thomas & Betts. Ces colliers, généralement en matière
plastique, ont la forme d'une tige qui entoure les éléments à assembler et
qui vient se refermer en passant à travers une boucle comportant un
système de blocage anti-retour. La partie de la tige qui dépasse de cette
boucle après blocage est généralement sectionnée pour en éliminer la partie
excédentaire.
Les parois d'un aéronef sont, de façon connue, recouvertes d'un
matelas d'isolation 8, qui tend à isoler l'intérieur du fuselage de l'aéronef
tant au niveau calorifique que phonique. Les goulottes 1 sont, ici, fixées sur
la structure de l'aéronef en passant à travers ce matelas d'isolation 8. Les
moyens de fixation 7, qui traversent le matelas 8 au niveau des points
d'accrochage sur la structure 6, participent ainsi au maintien en place de ce
matelas sur l'aéronef.
En se référant maintenant aux figures 5 et 6 on voit le
positionnement d'une goulotte 1 sur la structure 6 de l'aéronef. Sur la figure
5 on voit en coupe un longeron 10 porteur d'un cadre 11 sur la face latérale
duquel est fixée une goulotte 1 telle que décrite ci-dessus. Le matelas
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d'isolation 8 tapisse la peau de l'avion et fait le tour du cadre 11, sur
lequel il est maintenu en place, entre autres, par les moyens de fixation 7 de
la goulotte 1. Sur la figure 6 on voit un longeron 10 et un cadre 11; un lisse
12, porteur de la goulotte 1, est fixé au longeron 10 et au cadre 11 et
s'étend
dans le sens longitudinal de l'aéronef. Sur cette figure le matelas
d'isolation
8 recouvre le lisse 12 après avoir contourné le cadre 11 et est maintenu en
place par le moyen de fixation 7 de la goulotte 1.
Pour réaliser les fonctions auparavant assurées par la structure
métallique sur un aéronef dont au moins une partie de cette structure est
réalisée en matériau composite, une goulotte 1 selon l'invention comporte
un élément métallique sur toute sa longueur qui assure la continuité
électrique d'une des extrémités de la goulotte à l'autre. Elle peut par
exemple être réalisée sous la forme d'un profilé issu soit d'un pliage d'une
tôle mince, d'un profilé extrudé ou d'un profilé moulé en aluminium, soit
d'une goulotte en plastique extrudé qui est ensuite métallisée à l'intérieur
par un dépôt conducteur sous vide ou par un dépôt électrolytique. Sa partie
métallique est par ailleurs raccordée, par exemple au moyen de pattes 14,
au réseau de retour de courant mis en place sur l'aéronef. On obtient ainsi
une continuité électrique pour le réseau de retour de courant.
Il est également possible d'ajouter à la goulotte 1 un revêtement
interne en un matériau du type polytétrafluoréthylène (ou PTFE, plus connu
sous la marque Téflon), ce qui permet de ne pas abraser l'isolant des
câblages et de diminuer le risque de court-circuit au sein du faisceau.
Enfin ces goulottes présentent l'avantage d'immobiliser le matelas
d'isolation 8 et d'éviter qu'il ne se déplace sous l'action des vibrations en
vol.
Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de
réalisation particulier, il est bien évident qu'elle comprend tous les
équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si
celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
