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DISPOSITIF DE PROTECTION DE TUYAUTERIES CONTRE LA FOUDRE
La présente invention concerne un dispositif de protection de tuyauteries
contre la foudre et plus précisément un dispositif de protection des
tuyauteries
destinées à transporter du carburant dans les aéronefs.
L'invention s'applique plus particulièrement au cas des aéronefs dont la
structure primaire et le fuselage sont constitués d'un matériau composite, non
conducteur ou faiblement conducteur.
Dans le cas d'un aéronef à fuselage composite, la tuyauterie métallique est
plus conductrice que le fuselage et il existe un risque de cheminement des
courants
de foudre dans les tubes métalliques constituant les tuyauteries carburants.
Il est donc nécessaire de rendre la tuyauterie moins conductrice que le
fuselage.
Il est par contre nécessaire de conserver une continuité électrique et une
mise à la masse de la tuyauterie, afin que celle-ci ne se charge pas en
électricité
statique.
La solution de la présente invention comporte une intégration de parties
isolantes ou plus résistives que la structure dans les cheminements de
tuyauteries
carburant.
La présente invention vise un dispositif de protection d'une tuyauterie contre
la foudre, comprenant la tuyauterie qui est constituée de tronçons tubulaires
métalliques (1, 2, 3) raccordés les uns aux autres par des pièces de
raccordement
(6a, 6b, 4a, 4b, 51, 52), une première partie (4a, 4b, 51) des pièces de
raccordement étant des pièces en matériau plastique et une seconde partie (6a,
6b,
52) des pièces de raccordement étant des pièces métalliques, la tuyauterie
constituée des tronçons tubulaires métalliques étant réalisée au moyen de
tubes
double peau, chacun des tronçons tubulaires métalliques comportant un tube
interne (1 b, 2b, 3b) et un tube externe (1a, 2a, 3a) concentriques, les
pièces de
raccordement comportant une pièce interne (51, 52) pour raccorder deux tubes
internes des tronçons tubulaires métalliques adjacents et une pièce externe
(4a, 4b,
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la
6a, 6b) pour raccorder deux tubes externes des tronçons tubulaires métalliques
adjacents, le tube interne d'au moins un des tronçons tubulaires métalliques
et le
tube externe dudit moins un tronçon tubulaire métallique étant apte à
coulisser un
par rapport à l'autre le long d'une direction axiale dudit au moins un tronçon
tubulaire métallique.
Des modes de réalisations préférentiels sont décrits ci-dessous.
Plus précisément la présente invention propose un dispositif de protection de
tuyauteries contre la foudre, pour lequel, la tuyauterie étant constituée de
tronçons
tubulaires métalliques raccordés les uns aux autres par des pièces de
raccordement, une première partie des pièces de raccordement sont des pièces
en
matériau plastique et une seconde partie des pièces de raccordement sont des
pièces métalliques.
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Avantageusement, les tubes de la tuyauterie étant des tubes double peau
comportant un tube interne et un tube externe concentriques, les pièces de
raccordement comportent une pièce interne de raccordement de deux tubes
internes et une pièce externe de raccordement de deux tubes externes.
Plus précisément, au moins certaines des pièces de raccordement en
matériau plastique comportent des moyens de butées adaptés à maintenir un
écartement destiné à empêcher la création d'un arc électrique entre les tubes
qu'elles raccordent.
Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d'étanchéité entre les
tubes et les pièces de raccordement comportant des joints toriques isolants
électriques, le dispositif comprend des moyens de raccordement électrique
entre au moins certains des tubes et au moins certaines des pièces de
raccordement.
Selon un mode de réalisation particulier, les pièces de raccordement en
matériau plastique sont réalisées dans un matériau plastique comportant un
polymère isolant et une charge d'un matériau conducteur en sorte de rendre le
matériau suffisamment conducteur pour évacuer l'électricité statique accumulée
par les tubes.
La charge est avantageusement une charge de fibres carbone.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le raccordement
des tronçons se faisant au niveau de supports de reprise de fixation sur la
structure, un premier tronçon est reçu par une pièce métallique, l'autre étant
reçu par une pièce plastique lesdites pièce métallique et pièce plastique
étant
assemblées ensemble.
Préférablement, la pièce métallique est un raccord fixé au support de
reprise.
Avantageusement, la pièce plastique comprend au moins un manchon se
fixant sur le raccord.
Dans le cas d'une tuyauterie à double peau, La pièce plastique comprend
un manchon externe et un manchon interne, le manchon interne comprenant
une première partie formant embout de réception d'une extrémité d'un tube
interne du premier tronçon ou d'un tube prolongateur dudit tube interne et une
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seconde partie formant embout de raccordement d'un tube interne du second
tronçon.
Selon ce mode de réalisation, le raccordement forme un raccordement
mixte métal/plastique.
L'invention concerne en outre un aéronef comportant des tronçons de
tuyauterie métallique et un dispositif de protection de tuyauteries selon
l'invention pour lequel les tronçons de la tuyauterie sont raccordés, à une
première de leurs extrémités, au moyen de pièces de raccordement isolantes
et, à une seconde de leurs extrémités, au moyen de pièces de raccordement
conductrices et reliées électriquement à la structure, en sorte de réaliser
des
segments de tuyauterie comprenant deux tronçons reliés chacun à la masse
électrique de l'aéronef, lesdits segments étant électriquement isolés les uns
des autres.
Les pièces de raccordement comportant des joints toriques isolants
électriques, des moyens de raccordement électrique sont préférablement
disposés entre les tubes et les pièces de raccordement métalliques.
Selon une première variante, l'aéronef peut être tel qu'il comporte des
tronçons de tuyauterie métallique et un dispositif de protection de
tuyauteries
comportant des pièces de raccordement plastique chargées, pour lequel une
majorité de tronçons de la tuyauterie sont raccordés au moyen de pièces de
raccordement plastiques chargées, des pièces de raccordement métalliques
reliées électriquement à la structure étant disposés de place en place pour
relier la tuyauterie localement à la masse électrique de l'aéronef.
Préférablement dans ce cas, les pièces de raccordement métallique sont
placées tous les quinze mètres de tuyauterie environ.
Selon une seconde variante, l'aéronef est tel qu'il comporte des tronçons
de tuyauterie métallique et un dispositif de protection de tuyauteries
comprenant des pièces conductrices et des pièces isolantes pour lequel les
tronçons de la tuyauterie sont raccordés, à une première de leurs extrémités,
au moyen de pièces de raccordement isolantes et, à une seconde de leurs
extrémités, au moyen de pièces de raccordement conductrices et reliées
électriquement à la structure, en sorte de réaliser des segments de tuyauterie
dont chaque tronçon est relié à la masse électrique de l'aéronef à l'une de
ses
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extrémités et isolé à l'autre de ses extrémités, lesdits segments étant
électriquement isolés les uns des autres.
L'invention concerne en outre un procédé de protection contre la foudre de
tuyauteries d'un aéronef réalisées à partir d'une pluralité de tronçons
tubulaires
raccordés entre eux par des pièces de raccordement caractérisé en ce qu'une
première partie des pièces de raccordement étant réalisées en matériau non
conducteur de l'électricité et une seconde partie des pièces de raccordement
étant réalisées en matériau conducteur on raccorde les tronçons tubulaires les
uns aux autres en alternant des pièces de raccordement conductrices reliées
électriquement à la structure de l'aéronef et des pièces de raccordement non
conductrices.
Alternativement, le procédé est un procédé de protection contre la foudre
de tuyauteries d'un aéronef réalisées à partir d'une pluralité de tronçons
tubulaires raccordés entre eux par des pièces de raccordement à haute
résistivité adaptées à évacuer des charges électrostatiques, pour lequel on
raccorde les tronçons tubulaires auxdites pièces de raccordement à haute
résistivité au moyen de tresses de raccordement et on dispose de manière
périodique une pièce de raccordement métallique de mise à la masse
électrique de l'aéronef tous les 10 à 20 mètres de tuyauterie et
préférablement
environ tous les 15 mètres de tuyauterie.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris
à la lecture de la description d'un exemple de réalisation non limitatif de
l'invention accompagné des dessins qui représentent :
en figure 1 : une vue en perspective d'un tronçon de tuyauterie entre
pièces de raccordement ;
en figure 2 : une vue de côté de raccordements de plusieurs tronçons ;
en figure 3 : une vue en perspective coupe d'un raccordement de
tronçons de l'invention ;
en figure 4 : un détail d'un raccordement en vue de côté en coupe.
en figure 5: une variante de réalisation de l'invention.
La présente invention est décrite dans le cadre d'un cheminement de
tuyauteries véhiculant du kérosène dans la partie pressurisé d'un aéronef.
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La figure 1 représente un tronçon 1 d'une telle tuyauterie d'alimentation en
kérosène d'un aéronef.
Il s'agit d'un tronçon tubulaire fabriqué à partir de tubes de section
quelconque, cylindrique ou autre.
5 Ce tronçon est équipé à ses extrémités de pièces de raccordement A
permettant de fixer la tuyauterie à des éléments structurels de l'aéronef le
long
desquels chemine la tuyauterie.
Un exemple plus détaillé représentant un tronçon de tubes 2a, 2b et deux
bouts de tronçons la, lb et 3a, 3b est donné à la figure 2.
Du fait des normes de sécurité, le cheminement de tuyauteries carburant
est constitué de tubes double peau la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b c'est à dire que le
tube véhiculant le kérosène lb, 2b, 3b est protégée par un deuxième tube la,
2a, 3a qui permet de récupérer d'éventuelles fuites et de contenir les
agressions extérieures notamment le feu.
Le dispositif de l'invention doit résister au kérosène, la peau extérieure
devant en outre résister à une température de 1100 C pendant 5min.
Cette peau extérieure doit permettre l'évacuation des charges
électrostatiques vers la structure métallique 30, 31 de l'aéronef, éviter les
arcs
électriques et permettre l'utilisation des pièces standard existantes.
En général le tube externe est réalisé en aluminium et le tube interne en
titane.
Comme dit précédemment, dans le cas d'un aéronef réalisé
majoritairement en matériaux composites, la résistivité de la structure est
importante ce qui fait que les tuyauteries métalliques deviennent des chemins
possibles pour la foudre.
Les pièces de raccordement de la présente invention ont pour objet de
créer des obstacles empêchant le passage de la foudre par les tuyauteries.
Pour ce faire, certaines des pièces de raccordement, les pièces 4a, 4b et
51 de la figure 2 sont des pièces en matériau plastique isolant.
Il y a donc rupture de continuité électrique au niveau du raccordement du
tronçon comprenant les tubes 2a, 2b et du tronçon comprenant les tubes 3a,
3b.
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Les pièces de raccordement représentées en perspective coupe à la figure
3 restent traditionnelles dans leur fonction mécanique de raccordement des
tubes.
Une pièce interne 51 raccorde les tubes internes lb et 2b terminés par des
manchons 10a pourvu d'un joint torique d'étanchéité 9b.
La pièce interne comporte des épaulements de butée 8 qui empêchent les
tubes de se rapprocher d'une distance inférieure à une distance d'isolation
électrique donnée en fonction de normes applicables et dans le cas présent
25mm de longueur de surface d'isolement courante continue pour éviter les
arcs rampants.
La pièce externe est ici en deux parties 4a et 4b réalisées de sorte
qu'une distance minimale de 1 Omm de jeu d'air entre la pièce interne et les
pièces externes soit respectée.
Cette pièce en deux parties reçoit les tubes externes la, 2a à ses deux
extrémités, les tubes externes étant équipés eux aussi d'embouts terminaux
10a à joints toriques extérieurs 9a de sorte que les tubes puissent coulisser
dans les pièces de raccordement pour rattraper des jeux ou dilatations tout en
conservant l'étanchéité voulue.
Ces pièces plastiques permettent la reprise mécanique sur la structure au
moyen des moyens de fixation tels que les trous 7 et l'isolation électrique de
la
tuyauterie carburant à l'une des 2 extrémités d'un tronçon.
La figure 4 représente une vue en coupe d'une partie du raccordement
permettant de voir le débattement possible des tubes la, lb par rapport aux
pièces de raccordement.
De retour à la figure 2, à l'autre extrémité des tubes, les pièces de
raccordement 6a, 6b sont constituées d'éléments métallique pour permettre
l'évacuation des charges électrostatiques.
Du fait des joints toriques entre les tubes et les pièces de raccordement,
les charges électrostatiques ne peuvent s'évacuer vers la structure au niveau
de la reprise des tubes.
Pour pallier à ce problème, des moyens de connexion électrique comme
des tresses métalliques soudées sur les tubes et/ou les pièces de
raccordement ou raccordées sur les pièces de raccordement par des montages
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vis/écrou sont prévus pour permettre une continuité électrique en particulier
entre les pièces de raccordement 6a, 6b et les tubes la ou entre les tubes et
le
support de reprise 32.
Du fait de ce montage pour lequel deux tronçons de tubes sont reliés
ensemble à la masse mais isolés des autres tronçons par des pièces de
raccordement isolantes électriquement, les courants de foudre ne peuvent
entrer dans la ligne carburant car les tuyauteries de part et d'autre de la
reprise
conductrice sont isolées de la structure.
Au niveau de la pièce de raccordement métallique, les tresses de
métallisation sont par exemple en cuivre avec un étamage de protection.
La figure 5 correspond à une variante de l'invention particulièrement
adaptée lorsque le raccordement des tronçons se fait au niveau de supports de
reprise 32 de fixation sur la structure 30.
Selon cette variante, un premier tronçon est reçu par une pièce métallique
35, l'autre étant reçu par une pièce plastique 36 lesdites pièce métallique et
pièce plastique 35, 36 étant assemblées ensemble.
La pièce métallique 35 est ici un raccord fixé au support de reprise 32 au
moyen par exemple d'une platine de fixation 39 vissée sur le support.
Cette pièce métallique assure le raccordement du premier tronçon et la
fixation mécanique de ce tronçon à la structure.
La pièce plastique 36 se fixe sur la pièce métallique et assure le
raccordement du second tronçon et pour ce faire elle comprend au moins un
manchon 36a se fixant sur le raccord 35.
Dans le cas d'une tuyauterie à double peau avec tube interne et tube
externe, la pièce plastique comprend un manchon externe 36a de
raccordement du tube externe et un manchon interne 36b de raccordement du
tube interne.
Pour relier le premier tube interne et le second tube interne, le manchon
interne 36b comprend une première partie formant embout 37 de réception
d'une extrémité d'un tube interne du premier tronçon ou d'un tube prolongateur
dudit tube interne et une seconde partie formant embout 38 de
raccordement d'un tube interne du second tronçon.
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Le tube prolongateur 40 est utile notamment si l'on utilise des tubes
interne externe de même longueur et qu'il faut prolonger le tube interne pour
assurer la continuité de passage du carburant.
Il est concevable dans le cadre de l'invention de fixer le tube prolongateur
dans le raccord 35 formé par la pièce métallique, par une entretoise par
exemple.
Dans ce cas, l'entretoise est préférablement métallique pour relier
l'extrémité du tube interne du premier tronçon à la structure et donc à la
masse
de l'avion.
Pour rattraper les différences de longueur des tubes, l'ensemble des
liaisons utilisent des dispositifs rattrapage de jeu 41, 42 sous forme de
manchons tubulaires à joints toriques 43.
Côté premier tronçon, des tresses de masse sont éventuellement prévues
pour ponter le dispositif de rattrapage de jeu et mettre les tubes interne et
externe à la masse.
Selon la variante de la figure 5, le raccordement forme un raccordement
mixte métal/plastique.
L'aéronef comporte alors des tronçons de tuyauterie métallique et un
dispositif de protection de tuyauteries pour lequel les tronçons de la
tuyauterie
sont raccordés, à une première de leurs extrémités, au moyen de pièces de
raccordement isolantes et, à une seconde de leurs extrémités, au moyen de
pièces de raccordement conductrices et reliées électriquement à la structure,
en sorte de réaliser des segments de tuyauterie dont chaque tronçon est relié
à
la masse électrique de l'aéronef à l'une de ses extrémités et isolé à l'autre
de
ses extrémités, lesdits segments étant électriquement isolés les uns des
autres.
Cette variante permet de totalement segmenter la tuyauterie en matière
électrique pour empêcher tout passage de courant de foudre tout en évacuant
les charges électrostatiques au niveau de chaque tronçon.
De retour côté raccord isolant, les raccords isolants sont
avantageusement constitués de PEEK renforcé par des fibres.
Dans le cas où les raccords sont un sur deux isolants, les fibres n'ont
pas besoin d'être conductrices.
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Selon un mode de réalisation particulier, il est envisagé une solution pour
laquelle des raccords plastiques sont réalisés en sorte d'offrir une
conductivité
suffisante pour évacuer les charges d'électricité statique causée par le
frottement du liquide dans les tubulures.
Par nature le PEEK est trop isolant c'est pourquoi il faut le charger de
fibres conductrices telles que des fibres de carbone.
Pour la plage de résistivité nécessaire dans le cas d'un aéronef
composite, un chargement de 30% de fibre de carbone (en masse) de la
matière de la pièce de raccordement permet d'évacuer les charges
électrostatiques sans que la pièce ne devienne susceptible de conduire la
foudre.
Ceci permet de réaliser des pièces plastiques à haute résistivité restant
suffisamment conductrices pour évacuer les charges accumulées sur les
tubes mais suffisamment résistives pour ne pas réaliser un passage pour la
foudre.
Pour les aspects mécaniques de la pièces, l'utilisation de fibres longues
est favorable;
De même plus les fibres sont longues plus la conductivité électrique est
bonne.
Par contre les fibres longues sont plus difficile à injecter du fait qu'elles
se coincent ou bloquent la vis qui pousse le PEEK dans le moule.
Un chargement par des fibres de l'ordre de 3 à 5 mm est une valeur
répondant à la problématique de la réalisation de pièces suffisamment
résistives pour ne pas servir de chemin à la foudre mais suffisamment
conductrices pour évacuer les charges d'électricité statique.
Une fois le taux de carbone et la longueur des fibres définis, il reste à
s'assurer que le matériau restera homogène pendant le moulage, il est
fréquent de trouver des amas de carbone tant le PEEK est sensible aux
variations de température en phase visqueuse/liquide.
Une telle solution permet d'utiliser des pièces de raccordement partout
identiques
La solution pour réaliser les pièces est un matériau qui résiste au fuel et le
choix se porte sur un PEEK chargé avec des fibres courtes.
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En dosant la concentration de fibres courtes on obtient la résistance au
feu, la conductivité/résistivité et la tenue aux efforts souhaitées.
L'invention offre alors une solution de faible masse qui assure la
protection des courants de foudre et l'évacuation des courants
électrostatiques.
5 Par
contre l'usage de pièces de raccordement métalliques reste dans ce
cas obligatoire vis a vis de nomes de conception qui demandent une mise à la
masse franche des tuyauteries tous les 15 mètres environ.
Aussi, dans ce cas et pour respecter la norme, on raccordera les tubulures
majoritairement avec des pièces de raccordement plastiques chargés à haute
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résistivité et on disposera de manière périodique, tous les 15 m environ, une
pièce
de raccordement métallique de mise à la masse électrique.
