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CA 02722398 2010-09-30
CHEMIN DE CABLE EVOLUTIF POUR AERONEF A STRUCTURE
EN MATERIAU 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.
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La technologie des cellules d'avion a cependant évolué et les
concepteurs se tournent de plus en plus vers l'utilisation de matériaux
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. De plus, 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 pourrait
déclencher une émission de fumées toxiques pour les passagers.
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 métallisées, 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 et protéger
les structures en carbone contre un éventuel contact avec un câble d'un
faisceau qui se serait rompu. Un exemple de telles goulottes est donné par
la demande de brevet européen EP 0184931 de la société British
Aerospace.
Pour assurer une protection électromagnétique correcte, il est
important de ne pas dépasser 80% de remplissage des ces goulottes. Or les
goulottes, dans l'état de l'art actuel, ne permettent pas une extension en
assurant les fonctions de protection de base.
Il importe de prendre en compte le fait que les avions, que ce soit
au moment de leur développement ou au cours de leur vie, évoluent et que
la quantité de câbles électriques qu'ils comportent peut augmenter. Il est
donc nécessaire de permettre un accroissement du volume des câblages
pour s'adapter à la demande tout en conservant la même protection
électromagnétique.
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A ce propos on connait le brevet britannique GB1354484 qui
prévoit dès la conception de la goulotte la possibilité d'une extension
latérale de celle-ci, par la mise en place d'une deuxième goulotte
susceptible d'être déployée latéralement à la goulotte de base. Cette
configuration présente tout d'abord l'inconvénient de devoir quasiment
doubler le poids de la goulotte, alors même que la nécessité d'une extension
n'est pas encore avérée, et surtout, du fait de son moyen de fixation sur la
paroi de l'avion, elle est positionnée avec l'ouverture des goulottes orientée
en direction de la paroi de l'aéronef ; de ce fait elle laisse libre les
câbles à
l'intérieur d'elle-même et donc ne répond pas au problème de protection
contre les courts-circuits sur les avions en matériau composite.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients
en présentant un dispositif de fixation des câbles électriques pour un
aéronef, qui permette, en cas de besoin, d'augmenter de façon simple et
rapide le volume des câblages à maintenir par ce dispositif de fixation.
Cette augmentation se fait préférentiellement par l'ajout d'extensions, tout
en assurant leur fixation mécanique et la continuité électrique avec de très
faibles valeurs de résistance électrique.
L'invention a pour objet un dispositif de maintien de câbles d'un
aéronef sur la structure dudit aéronef, ledit dispositif ayant sensiblement la
forme d'une première goulotte, formant goulotte de base, comportant des
moyens d'accrochage sur la structure de l'aéronef positionnés du côté de
son fond et agencée pour recevoir au moins un câble cheminant le long de
la structure dudit aéronef et assurer une continuité électrique sur toute sa
longueur, caractérisé en ce que ladite goulotte comporte des premiers
moyens de fixation aptes à coopérer avec des moyens de fixation
correspondants d'une seconde goulotte, formant goulotte d'extension
latérale. Ladite goulotte d'extension est, quant à elle, conformée pour
constituer, en association avec ladite goulotte de base, au moins une
goulotte simple supplémentaire et assurer une continuité électrique entre les
deux goulottes.
L'invention a aussi pour objet une goulotte d'extension latérale
comportant des seconds moyens de fixation aptes à coopérer avec des
premiers moyens de fixation d'une goulotte de base telle que décrite ci-
dessus.
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Dans un mode de réalisation particulier la goulotte d'extension
latérale constitue, en association avec la goulotte de base, des goulottes
simples supplémentaires en nombre supérieur à 1.
Elle a également pour objet un dispositif de maintien d'un câble
cheminant le long de la structure d'un aéronef, comportant une goulotte de
base et au moins une goulotte d'extension latérale telles que décrites ci-
dessus.
Cette configuration permet de fournir, d'une façon simple, légère
et peu coûteuse, des capacités d'extension à la goulotte de base pour
augmenter sa capacité à contenir des câbles, pour le cas où le besoin s'en
ferait sentir au cours du développement ou de la vie de l'avion.
Dans un mode particulier de réalisation la goulotte de base
comporte au moins une patte de liaison et la goulotte d'extension latérale
comporte au moins une plaque en regard, les deux parties en contact étant
traitées par étamage, nickelage, argenture ou dorure de façon à assurer une
bonne continuité électrique entre les deux goulottes.
Dans un autre mode de réalisation la goulotte de base et la
goulotte d'extension latérale sont reliées par au moins une tresse de
métallisation de façon à assurer une bonne continuité électrique entre les
deux goulottes.
Dans un mode particulier de réalisation la goulotte de base a une
forme sensiblement en U et comporte au moins un bouchon destiné à
maintenir le câble contre le fond du U.
Dans un mode particulier de réalisation la goulotte de base est une
goulotte simple, comportant une gorge unique.
Dans un autre mode de réalisation la goulotte de base est une
goulotte multiple, comportant plusieurs gorges disposées parallèlement les
unes aux autres.
Avantageusement la goulotte de base comporte au moins une
patte assurant la connexion électrique de sa partie métallique au circuit de
retour de courant des équipements de l'aéronef.
Elle a enfin pour objet un procédé d'extension de la capacité
d'accueil d'un dispositif de maintien des câbles d'un aéronef sur la structure
dudit aéronef, ledit dispositif ayant sensiblement la forme d'une première
goulotte, formant goulotte de base, comportant des moyens d'accrochage
sur la structure de l'aéronef positionnés du côté de son fond et agencée pour
recevoir au moins un câble cheminant le long de la structure dudit aéronef
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et assurer une continuité électrique sur toute sa longueur, caractérisé en ce
qu'il comprend l'adjonction d'une seconde goulotte, formant goulotte
d'extension latérale, parallèlement à la goulotte de base.
Préférentiellement le procédé comporte une étape préalable
5 d'implantation de la goulotte de base sur la structure de l'aéronef en
laissant
un espace latéral apte à y loger une goulotte d'extension latérale.
La présente invention porte également sur un fuselage d'aéronef
comportant au moins un dispositif de maintien de câble tel que décrit ci-
dessus.
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 ;
- la figure 2 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 3 est une vue en perspective d'une goulotte multiple et
d'une goulotte d'extension dans une première variante de leur mode de
liaison;
- la figure 4 est une vue en perspective d'une goulotte multiple et
d'une goulotte d'extension dans une seconde variante de leur mode de
liaison.
- la figure 5 est une vue en perspective d'une goulotte
d'extension multiple.
En se référant à la figure 1, on voit une goulotte linéaire multiple
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'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,
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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.
De plus, le fond de la goulotte étant a priori positionné du côté de
la paroi de l'aéronef, la goulotte représente, en cas de court-circuit entre
câbles, 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.
En se référant à la figure 2, 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 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. La présence d'un bouchon
est essentielle pour maintenir les câbles, à partir du moment où, comme on
le souhaite pour des raisons de protection contre les courts-circuits, la
goulotte présente son fond du côté de la paroi de l'aéronef.
Sur les figures 3 et 4 on voit une goulotte multiple 1, formant
goulotte de base, de forme parallélépipédique comportant un fond 21
duquel s'étendent perpendiculairement des parois 22 formant entre elles et
avec le fond 21 des goulottes simples. Cette goulotte comporte des moyens
d'accrochage (non représentés) sur la paroi de l'aéronef, qui sont
positionnés de façon à coopérer avec le fond 21 de celle-ci. On voit par
ailleurs une goulotte d'extension 30 en forme de profilé à section en L,
comportant un fond 31 duquel s'étend perpendiculairement une paroi 32.
Cette goulotte d'extension a vocation à être rattachée à la goulotte multiple
1 au niveau d'une de ses parois externes 22 pour former une goulotte simple
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supplémentaire. La goulotte multiple 1 comporte des pattes de fixation 23,
formant premiers moyens de fixation, fixées sur son fond 21 et réparties de
façon répétitive sur sa longueur, qui forment, avec des moyens de fixation
coopératifs 33 montés sur la goulotte d'extension des moyens d'attache de
la goulotte d'extension 30 sur la goulotte multiple 1.
Dans une variante représentée sur la figure 5, la goulotte
d'extension est une goulotte multiple, c'est-à-dire qu'elle est conformée
pour générer, en association avec la goulotte de base 1 une pluralité de
goulotte simples supplémentaires. Dans l'exemple représenté la goulotte
d'extension permet de créer deux goulottes simples supplémentaires ; une
troisième goulotte supplémentaire éventuelle est représentée en pointillés.
Tels que représentés sur les figures 3 à 5, les seconds moyens de
fixation 33 de la goulotte d'extension 30 sont des goujons filetés qui sont
soudés ou sertis sur son fond 31. Les pattes de fixation 23 présentent par
ailleurs, sur leur face parallèle au fond 21 de la goulotte multiple 1, une
découpe en forme de crochet dans laquelle vient se loger le goujon 33
correspondant, pour une fixation par un moyen tel qu'un écrou (non
représenté) qui vient bloquer la patte 23 contre le fond 31 de la goulotte
d'extension. Il convient de remarquer que la goulotte principale est
généralement montée sur la paroi de l'aéronef avec un espace laissé libre
entre elle-même et la paroi, de sorte que le montage de la goulotte latérale
sur la goulotte de base et le serrage des moyens de fixation 33 sur les pattes
23 puissent s'effectuer sans difficulté particulière.
Dans une première variante, représentée sur les figures 3 et 5, des
contre-plaques 34, en matériau traité pour assurer une bonne conductivité
électrique, sont rivetées ou soudées sur le fond 31 au niveau du goujon 33
pour assurer un bon contact électrique avec la patte de fixation 23 de la
goulotte multiple 1, qui est elle-même réalisée en matériau traité
électriquement. Dans cette variante les pattes de fixation 23 ont une forme
longitudinale en Z pour pallier la surépaisseur générée du côté de la
goulotte d'extension par la contre-plaque 34.
Dans une seconde version, représentée sur la figure 4, qui ne
présente pas de contre-plaque traitée spécialement, la continuité électrique
est assurée par une tresse de métallisation 35. Telle que représentée, sans
que cette forme soit impérative, elle comporte une extrémité annulaire en
forme de cosse 36. La seconde extrémité a la forme d'un embout mâle 37
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d'attache rapide, destiné à être couplé à un contact femelle 38 qui est fixé
sur la goulotte multiple 1 et qui assure un bon contact électrique avec elle.
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 de base 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.
Une version en plastique extrudé qui est ensuite métallisée à l'intérieur par
un dépôt conducteur sous vide ou par un dépôt électrolytique peut être
imaginée pour des configurations où seule une protection CEM est à
réaliser.
Elle est conformée pour être montée avec son fond orienté du côté
de la paroi de l'aéronef afin d'empêcher le contact éventuel du conducteur
métallique d'un câble dont la gaine se serait rompue, avec le matériau
composite de l'aéronef. Pour cela ses moyens d'accrochage à la paroi de
l'aéronef sont positionnés du côté du fond 21 de la goulotte. Elle est par
ailleurs raccordée, par exemple au moyen de pattes, 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.
I1 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.
Pour être efficace et garantir l'effet de cage de Faraday qu'elles
doivent assurer malgré leur ouverture sur un de leurs côtés, on rappelle que
le remplissage des goulottes 1 ne doit pas dépasser 80% de la hauteur de
leurs parois latérales 22. Du fait que le fond 21 de la goulotte est
positionné
en regard de la paroi de l'aéronef, il y a nécessité d'implanter des bouchons
3 de loin en loin dans la goulotte pour maintenir les câbles 2 à l'intérieur
de
celle-ci.
La capacité de stockage des goulottes, simples ou multiples, est
donc limitée et peut se révéler insuffisante, notamment sur des programmes
d'avions en développement où la définition de l'installation électrique n'est
pas stable. Auparavant, si, au cours du développement d'un avion, on
constatait que le taux de remplissage des goulottes 1 amenait à dépasser les
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80% de la hauteur des parois, il n'y avait pas d'autre solution que de
redéfinir puis de fabriquer une goulotte plus volumineuse, ce qui entrainait
des dépenses et des réfections d'installation électrique très conséquentes.
Avec les goulottes d'extension telles qu'elles sont décrites en
relation avec les figures 3 à 5, et à la condition d'avoir prévu une réserve
d'espace latéral suffisante, on peut augmenter désormais à volonté la
capacité de passage de câbles, sans avoir à revoir la définition de base.
La patte de fixation 23 de la goulotte de base est de préférence
fixée a priori sur la goulotte de base 1 dès l'installation de celle-ci dans
l'avion, ce qui permet de faciliter l'implantation ultérieure d'une goulotte
de
base si le besoin s'en faisait sentir, et ceci sans pénaliser de façon
sensible
l'avion en termes de masse et de coût.
Un point important est toutefois à signaler ; il s'agit de la qualité
de la connexion électrique de ces extensions avec la goulotte simple ou
multiple sur laquelle elle est montée. Pour atteindre cet objectif d'une très
bonne qualité de connexion électrique, deux types de solutions peuvent être
envisagées :
- par contact direct entre la goulotte de base 1 et la goulotte d'extension
30. Dans ce cas, les surfaces de contact reçoivent un traitement
électrique approprié pour avoir une faible résistance de contact
(étamage, nickelage, argenture, dorure...). Ce traitement doit être
compatible des conditions d'environnement rencontrées (humidité,
chaleur, brouillard salin, moisissures, liquides polluants...).
- par une tresse conductrice à raccordement par cosses ou à raccordement
rapide comme montré sur la figure 4. Cette dernière solution permet de
s'affranchir des pollutions locales des zones de liaison mécanique entre
la goulotte de base 1 et la ou les goulottes d'extension. La solution à
connexion rapide permet de préprogrammer la possibilité d'adjonction
ultérieure d'extensions dans un temps très court et sans opérations
particulières sur avion.
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.
