CA2715406A1

CA2715406A1 - Chemin de cable pour aeronef a structure en materiau composite

Info

Publication number: CA2715406A1
Application number: CA2715406A
Authority: CA
Inventors: Arnaud Camille Ayme; Serge Thierry Roques
Original assignee: Labinal SA
Current assignee: Safran Electrical and Power SAS
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: CA2715406C; FR2950490B1; US20110068228A1; FR2950490A1; US8540189B2

Abstract

Dispositif de maintien, en forme de goulotte (1) à section sensiblement en U, d'au moins un câble (2) cheminant le long de la structure (6) d'un aéronef, fixé sur ladite structure (6) par un moyen de fixation (7) et assurant une continuité électrique sur toute sa longueur, ledit dispositif étant relié électriquement à un circuit de retour de courant des équipements dudit aéronef, caractérisé en ce que ladite goulotte (1) comporte au moins une cambrure sur son axe longitudinal correspondant sensiblement à celle d'un cadre d'un fuselage. Elle a vocation à être montée sur un cadre d'un aéronef en fibres de carbone et à protéger la peau de l'aéronef contre un éventuel contact avec un câble détérioré.

Description

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

2 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

3 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, permet 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.

4 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 ;

- 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

6 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

7 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

8 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.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de maintien de câble, en forme de goulotte (1), agencé pour recevoir au moins un câble (2) et comportant une partie métallique assurant une continuité électrique sur toute sa longueur, caractérisé en ce que ladite goulotte (1) 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.

2. Dispositif de maintien selon la revendication 1 dans lequel la cambrure de l'axe longitudinal se situe dans le plan du fond de la goulotte (1).

3. Dispositif de maintien selon la revendication 1 dans lequel la cambrure de l'axe longitudinal se situe dans un plan perpendiculaire au fond de la goulotte (1).

4. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la goulotte (1) a une forme sensiblement en U et comporte au moins un bouchon (3) destiné à maintenir le câble (2) contre le fond du U.

5. Dispositif de maintien selon la revendication 4 dans lequel ledit bouchon comporte deux branches (4) qui s'étendent le long des parois du U et présentent une élasticité leur donnant un degré de liberté dans le plan transverse à l'axe longitudinal de la goulotte (1).

6. Dispositif de maintien selon la revendication 5 dans lequel la face desdites branches (4) en contact avec les parois de la goulotte (1) présente au moins un dispositif anti-retour (5) qui s'oppose au retrait du bouchon (3) après sa mise en place.

7. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 5 ou 6 dans lequel lesdites branches (4) ont, au repos une position divergente l'une par rapport à l'autre de façon que le bouchon (3) exerce une pression contre les parois de la goulotte (1) lorsqu'il y est inséré.

8. Dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la goulotte (1) comporte sur sa face extérieure des pattes (14) destinées à assurer la connexion électrique de sa partie métallique à un circuit de retour de courant d'un aéronef.

9. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 pour le maintien d'un câble cheminant le long d'un cadre transversal d'un aéronef.

10. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 pour assurer le maintien en position d'un matelas d'isolation (8) du fuselage dudit aéronef à l'aide d'un moyen de fixation (7) de la goulotte (1) à la structure (6) d'un aéronef.

11. Fuselage d'aéronef comportant au moins un dispositif de maintien de câble selon l'une des revendications 1 à 8.

12. Fuselage d'aéronef selon la revendication 11 comportant au moins une partie structurale réalisée en fibres de carbone.

13. Fuselage d'aéronef selon la revendication 12 dans lequel au moins un cadre réalisé en fibres de carbone est porteur d'un dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 8.

14. Fuselage d'aéronef selon la revendication 12 dans lequel au moins un dispositif de maintien selon l'une des revendications 1 à 8 est fixé
sur des lisses parallèlement aux cadres de l'aéronef.