FR2944416A1 - Casque comportant un dispositif de refroidissement - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un casque comprenant une coque de protection (9, 10) et comportant un équipement dissipatif (3, 4, 5) associé à un moyen de d'évacuation (6) de la chaleur. Le casque comprend également au moins un conduit (11) permettant de transmettre un flux d'air généré par un moyen de ventilation (7) vers le moyen d'évacuation (6) de la chaleur, le flux d'air étant destiné à refroidir le moyen de d'évacuation (6) par convection thermique naturelle ou forcée. L'invention se destine particulièrement au casque de pilote d'aéronef comprenant des équipements électroniques intégrés et dissipatifs.

Description

CASQUE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT

Le domaine de l'invention concerne les casques comportant un 5 équipement dissipatif devant être refroidi, notamment les casques de pilote d'aéronef portant des systèmes électro optiques.

Un casque pour pilote d'aéronef, notamment d'avion d'arme, comporte des systèmes électroniques permettant d'afficher des informations 10 de navigation et de pilotage voire de visée sur la visière du casque. Ces systèmes, communément appelés afficheurs tête haute ou Helmet Mounted Display (HMD) en langage anglo-saxon, sont constitués de composants électroniques embarqués réalisant des fonctions de calcul en temps réel pour traiter de nombreux paramètres d'entrée provenant des systèmes de 15 navigation et parfois des systèmes d'arme de l'aéronef. Pour cela, ces systèmes électroniques intégrés au casque comprennent des composants électroniques pouvant exécuter les fonctions graphiques par exemple. Il est connu que les processeurs graphiques intégrés, les boites à lumières des afficheurs, génèrent une forte dissipation de chaleur qu'il est alors nécessaire 20 d'évacuer en dehors des systèmes électroniques afin qu'ils puissent fonctionner à des plages de température nominale. Il est en effet primordial qu'ils soient maintenus aux plages de fonctionnement prévues du fait de la criticité des fonctions que ces systèmes électroniques fournissent au pilote de l'aéronef et de leur coût élevé. 25 En effet, la surchauffe des composants électroniques peut entraîner un disfonctionnement des systèmes électroniques pouvant alors provoquer l'affichage d'informations erronées ou le blocage des systèmes. De tels évènements de pannes peuvent devenir dramatiques dans le cas d'une opération de vol. Les systèmes électroniques doivent prouver une 30 probabilité d'apparition de ces pannes la plus faible possible. Par ailleurs, la surchauffe des composants électroniques entraine également une baisse de leur durée de vie. Or, les afficheurs tête haute de casque sont constitués de systèmes électroniques dimensionnés pour être les plus fiables possibles dans un environnement fortement contraint, tel que 35 le poste de pilotage. Le poste de pilotage subit par exemple des vibrations constantes durant le vol et de forts écarts de température. Il est évident que ces dernières contraintes de conception impactent le coût des systèmes électroniques. C'est pourquoi, il est primordial que les systèmes électroniques atteignent une durée de vie la plus longue possible.

Pour cela, il est connu d'associer aux systèmes électroniques d'un afficheur tête haute de casque un dispositif dédié au refroidissement des composants électroniques. Par exemple, il est courant d'utiliser des radiateurs disposés au contact des composants générant la plus grande quantité de puissance thermique. L'efficacité de refroidissement des ~o radiateurs dépend du rendement de transfert de la puissance thermique des systèmes électroniques vers l'extérieur. Dans ce but, il s'agit d'une part d'améliorer le transfert thermique des composants électroniques vers les radiateurs et d'autre part le transfert thermique des radiateurs vers l'extérieur. Pour cela, les radiateurs sont constitués généralement d'un 15 matériau fortement conducteur afin de prélever un maximum de puissance thermique. De plus, la surface au contact des composants électroniques doit être la plus grande possible. Ceci implique l'utilisation de radiateurs dont la masse et l'encombrement peuvent devenir problématiques pour leur intégration sur un casque de pilote (impact sur la masse totale et la position 20 du centre de gravité du casque par rapport à la tête du pilote). Pour optimiser le rendement de transfert thermique, les radiateurs sont aussi couramment pourvus d'une pluralité d'ailettes destinées à augmenter le transfert thermique du radiateur vers l'air extérieur. Ces ailettes présentent l'inconvénient d'augmenter également les dimensions du radiateur. 25 Pour résumer, les casques de pilote d'aéronef sont destinés à supporter par exemple un afficheur tête haute, ainsi que tous ses dispositifs dédiés (connectiques, dispositif de refroidissement, etc....), et une ou plusieurs visières. Ces éléments sont généralement positionnés au niveau de la partie avant du casque, cette partie pouvant alors devenir fortement 30 encombrée. De plus, pour le confort du pilote, on recherche à réduire leur impact de masse et d'encombrement afin de ne pas gêner le pilote dans ses tâches de pilotage. Pour cela, un objectif de l'invention est de proposer un dispositif de refroidissement des systèmes électroniques le plus efficace possible pour évacuer la puissance thermique des systèmes électroniques et 35 le moins contraignant pour une intégration sur le casque.

Plus précisément, l'invention concerne un casque comprenant une coque de protection et comportant un équipement dissipatif associé à un moyen d'évacuation de la chaleur, caractérisé en ce que le casque comprend également au moins un conduit permettant de transmettre un flux d'air généré par un moyen de ventilation vers le moyen d'évacuation de la chaleur, le flux d'air étant destiné à refroidir le moyen d'évacuation par convection thermique naturelle ou forcée. De préférence, le moyen d'évacuation de la chaleur est un 10 radiateur. La forme et le matériau utilisé ne limitent en aucun cas la portée de l'invention. De préférence, le moyen de ventilation est fixé sur la coque de protection au niveau d'une première ouverture du conduit, une seconde ouverture du conduit étant située au niveau du moyen d'évacuation de la 15 chaleur. Selon une variante, la coque de protection comprend, à l'intérieur, une couche de protection comprenant un premier type de plusieurs conduits débouchant d'un coté sur le moyen d'évacuation de la chaleur et de l'autre sur le moyen de ventilation, les conduits comprenant uniquement deux 20 ouvertures. Selon une variante, la coque de protection comprend également un deuxième type de plusieurs conduits situés sur la surface de la couche de protection en contact avec la tête du porteur Selon une variante, le casque comporte un moyen d'ouverture et 25 de fermeture d'au moins un conduit de transmission du flux d'air. Selon une variante le caque comprend n conduits du premier type et m conduits du second type, et le moyen d'ouverture et de fermeture contrôle les n conduits du premier type simultanément et/ou les m conduits du second type simultanément. 30 De préférence, le casque comprend une pluralité de conduits du premier type et du second type traversant la coque de protection longitudinalement de la partie arrière à la partie avant du casque, les conduits étant répartis transversalement à l'axe longitudinal avant-arrière du casque. 35 De préférence, le moyen de ventilation est fixé sur la partie arrière du casque. De préférence, le moyen d'évacuation de la chaleur et l'équipement dissipatif sont entourés d'une structure mécanique de protection, et la structure mécanique comporte un orifice au niveau du moyen d'évacuation de la chaleur.

Les variantes du casque précitées permettent d'atteindre les objectifs recherchés. En effet, un premier avantage de l'utilisation d'un dispositif de refroidissement de l'équipement dissipatif du casque par convection forcée est l'augmentation du rendement de transfert thermique du radiateur vers l'extérieur. Il est alors possible de réduire les dimensions du radiateur réduisant alors sa masse et son encombrement. Un second avantage de l'invention est la présence d'une pluralité de cavités réparties sur la surface de la mousse de protection en contact avec la tête du pilote. Le flux d'air, forcé ou non, traversant ces conduits permet de refroidir la tête du pilote et ainsi d'améliorer le confort d'usage du casque. Un troisième avantage est l'utilisation de l'énergie de vaporisation 20 de l'eau provenant de la sudation de la tête du pilote pour améliorer le rendement du radiateur. Un quatrième avantage est le rapprochement du centre de gravité du casque vers le centre de gravité de la tête. Le centre de gravité du casque est généralement décentré vers l'avant à cause des visières et des systèmes 25 électroniques fixés sur la partie avant. Le poids du ventilateur de préférence positionné à l'arrière du casque permet de déplacer le centre de gravité vers le centre du casque, et donc de la tête du pilote. Ceci a pour effet d'améliorer le confort d'usage et de réduire la fatigue d'utilisation du casque.

30 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente, selon une variante, une coupe longitudinale de la partie avant à la partie arrière du casque. La coupe A-A représente une coupe transversale à l'axe longitudinal des conduits du casque.

L'invention concerne particulièrement les casques de pilote d'aéronef équipés d'équipements électroniques de vision tête haute. L'invention est un mode de réalisation de casque équipé permettant de compléter le refroidissement par convection naturelle des équipements électroniques par un refroidissement par convection forcée générée par un flux d'air sur le radiateur et/ou directement sur les équipements dissipatifs. Le flux d'air est généré de préférence par un moyen de ventilation intégré au casque ou provenant d'un moyen extérieur au casque, tels que des moyens de ventilation du poste de pilotage. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'un mode de réalisation de casque de pilote d'avion d'armes. Le casque comprend une coque constituée d'une couche rigide extérieure 9 et à l'intérieur du casque une couche de protection 10. Les matériaux utilisés ne limitent en rien la portée de l'invention. La couche de protection intérieure 10 est généralement d'une épaisseur supérieure à la couche rigide extérieure 9. Il s'agit le plus souvent d'une couche de type mousse de protection d'une densité suffisamment élevée pour protéger la tête du porteur des chocs. Le casque comporte un équipement de type afficheur tête haute (HMD) destiné à projeter sur la visière du casque 1 des informations de navigation et de visée. L'afficheur tête haute est constitué de composants électroniques agencés successivement de la façon suivante : une boite à lumière 5 équipée des cartes de pilotage et d'alimentation de l'afficheur, connectée à un écran 4 de type LCD (mais non nécessairement) et une partie optique 3 pour projeter les images de l'écran 4 sur la visière, une structure mécanique 2 entourant ces derniers éléments. L'afficheur tête haute est le plus souvent fixé sur la partie avant du casque. La visière du casque est translucide et les informations projetées sur cette visière se superposent à la vue extérieure du pilote. L'afficheur tête haute est relié aux systèmes de navigations embarqués de l'aéronef par une connectique non représentée sur la figure 1. La boîte à lumière 5 équipée des cartes électroniques produit le flux lumineux nécessaire pour obtenir une luminance de l'image de l'écran 4 projetée sur la visière suffisante en terme de contraste par rapport au paysage vue par le pilote. Cette boite à lumière équipée des cartes 5 ainsi que l'écran LCD 4 génèrent une puissance thermique qu'il est nécessaire d'évacuer du dispositif d'afficheur tête haute. Les composants de l'afficheur tête haute 2, 4 et 5 sont intégrés dans la structure mécanique pour être protégés des chocs et être maintenus sur le casque. Cette structure mécanique empêche l'évacuation efficace de la chaleur. Pour palier ce problème, on utilise un radiateur 6 en contact direct avec la boîte à lumière équipée 5 et la structure mécanique comporte un orifice. Dans un mode de réalisation dans lequel le radiateur est intégré à la structure mécanique 2, l'orifice fait alors face au radiateur 6 permettant un accès de l'air extérieur vers le radiateur. Dans un mode de réalisation dans lequel le radiateur est à l'extérieur de la structure mécanique, le radiateur traverse l'orifice pour être en contact avec l'extérieur. Le radiateur 6 est conçu de façon à prélever un maximum de puissance thermique de la boîte à lumière équipée 5. Dans ce but, il est constitué de préférence d'un matériau conducteur et d'une pluralité d'ailettes. Le type de radiateur utilisé ne limite pas la portée de l'invention.

Pour augmenter le rendement de transfert thermique du radiateur 6, c'est-à-dire le refroidissement de l'équipement dissipatif, l'invention propose de réaliser une convection forcée sur le radiateur. Pour cela, le casque comporte un moyen mécanique de ventilation 7 fixé sur la coque de protection du casque. II est de préférence positionné sur la partie arrière du casque dans le but de déplacer le centre de gravité du casque pour le rapprocher du centre de gravité de la tête du porteur. Toutefois, la position du ventilateur ne se limite pas à cette partie du casque. Ce ventilateur 7 est de préférence entouré d'une cage de protection ou boite. Le flux d'air généré par le ventilateur est transmis vers le radiateur au moyen d'un ou de préférence d'une pluralité de conduits. Dans un mode de réalisation préférentiel, le casque comporte un premier type de conduits 11 intégrés à l'intérieur de la couche de protection 10 de la coque et un second type de conduits 12 formés par des cavités sur la surface interne de la couche de protection 10. Toutefois, selon le mode de réalisation voulu, le casque comporte uniquement des conduits du premier type ou uniquement des conduits du second type.35 Plus précisément, les conduits du premier type sont intégrés à l'intérieur de la mousse de protection et sont constitués uniquement de deux ouvertures, la première ouverture étant orientée face au moyen de ventilation mécanique et la seconde ouverture étant orientée face au radiateur. La figure 1 représente en coupe un conduit 10 du premier type. Le ventilateur est positionné sur la partie arrière du casque et le radiateur est positionné sur la partie avant du casque. Par conséquent, un conduit du premier type traverse longitudinalement le casque de la partie arrière à la partie avant du casque. La coupe A-A représente une coupe transversale à l'axe avant-arrière du casque. Le conduit 11 est de forme sensiblement cylindrique mais ne se limite pas à ce type de forme. La couche de protection 10 de la coque du casque comprend une pluralité de conduits du premier type répartis sur l'ensemble de l'axe gauche-droit traversant le casque. Les ouvertures des conduits 11 de la partie avant du casque se rejoignent dans une partie face 15 au radiateur 6, cette partie étant plus petite que la surface avant du casque et de taille sensiblement la même que la surface de la face du radiateur 6 faisant face aux ouvertures de conduit 11. Cette surface peut être inférieure à la surface du radiateur 6. Les ouvertures des conduits 11 de la partie arrière du casque se rejoignent dans une partie face au ventilateur 7, cette 20 partie étant plus petite que la surface arrière du casque et de taille sensiblement la même que la surface de la face du ventilateur 7 faisant face aux ouvertures de conduit 11. Cette surface peut être inférieure à la surface du ventilateur 7. Plus précisément, un conduit 12 du second type est formé par une 25 cavité sur la surface intérieure du casque en contact avec la tête du porteur 13. La cavité est formée sur la surface intérieure de la mousse de protection 10 et s'étend longitudinalement selon l'axe avant-arrière du casque permettant de créer un conduit d'air entre le ventilateur 7 fixé à l'arrière du casque et le radiateur 6 fixé à l'avant du casque. II est formé également de 30 deux ouvertures similaires à celle décrites précédemment pour le conduit du premier type. Le conduit 12 du deuxième type peut comporter une partie formée d'une cavité sur la surface intérieure de la mousse de protection 10 et de parties intégrées à l'intérieur de la mousse de protection, notamment sur les extrémités du conduit. La coupe A-A décrit une pluralité de conduits 12 35 répartis selon l'axe transverse du casque gauche-droit. Un avantage de ces conduits 12 est de permettre également le refroidissement de la tête du porteur 13 en plus du refroidissement du radiateur 6. Ils permettent de façon avantageuse d'utiliser l'énergie d'évaporation de l'eau provenant de la sudation de la tête du porteur 13.

Les conduits du premier type et les conduits du second type peuvent être de forme différente, notamment en ce qui concerne la largeur et la forme périphérique des conduits. Des conduits d'un même type peuvent également être de forme distincte. Des canaux transversaux aux canaux 12 peuvent également être envisagés pour augmenter la surface d'échange avec la tête du pilote De préférence, la coque de protection du casque est constituée d'une mousse de protection intérieure de forte densité permettant ainsi de conserver une densité moyenne de la mousse de protection suffisamment élevée pour une protection efficace aux chocs. En effet, la mousse de protection 10 étant traversée par une pluralité de conduits 11 à l'intérieur de la mousse de protection, elle doit être renforcée par une mousse de densité plus grande qu'une mousse de protection "non trouée", c'est-à-dire sans conduits longitudinaux intégrés. Selon une variante, le casque comprend également un moyen d'ouverture et de fermeture 8 des conduits du premier type 11 et des conduits du second type 12. Selon une autre variante, l'ouverture et la fermeture des conduits du premier type peuvent être contrôlées séparément de l'ouverture et de la fermeture des conduits du second type. Selon ce dernier mode de mise en oeuvre, le moyen d'ouverture et de fermeture 8 permet le fonctionnement du dispositif de refroidissement selon au moins deux modes. Selon le premier mode, les deux types de conduits sont ouverts, l'afficheur tête haute est refroidi ainsi que la tête du porteur, les deux types de conduits permettant de refroidir l'afficheur tête haute par convection forcée. Selon le deuxième mode, les conduits du premier type uniquement sont ouverts. L'afficheur tête haute est refroidi uniquement. Le moyen d'ouverture et de fermeture 8 est positionné entre le ventilateur 7 et l'ouverture des conduits 11 et 12.

En cas de panne ou d'arrêt volontaire des moyens de ventilations 7, les conduits du casque génèrent tout de même un flux d'air naturel sur le radiateur des équipements dissipatifs et améliorent ainsi le refroidissement desdits équipements. Le porteur du casque reçoit également un flux d'air naturel améliorant ainsi le confort d'usage. Dans un mode de réalisation du casque comportant plusieurs équipements dissipatifs répartis sur la coque du casque, les conduits peuvent être disposés de façon qu'ils puissent fournir un flux d'air en plusieurs parties du casque au moyen de ramification de conduits. Certains afficheurs tête haute peuvent comporter deux systèmes de projection sur la visière (un système pour chaque oeil). Les conduits peuvent former un ou plusieurs réseaux de conduits indépendants ou non.

L'invention se destine particulièrement aux casques de pilote d'avion d'armes ou d'hélicoptères par exemple. Elle concerne plus précisément les moyens de mise en oeuvre de refroidissement des équipements dissipatifs intégrés aux casques. L'invention concerne plus généralement tout casque comportant des équipements dissipatifs à refroidir.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Casque comprenant une coque de protection (9, 10) et comportant un équipement dissipatif (3, 4, 5) associé à un moyen d'évacuation (6) de la chaleur, caractérisé en ce que le casque comprend également au moins un conduit (11) permettant de transmettre un flux d'air généré par un moyen de ventilation (7) vers le moyen d'évacuation (6) de la chaleur, le flux d'air étant destiné à refroidir le moyen d'évacuation (6) par convection thermique naturelle ou forcée.
2. 2. Casque selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de ventilation (7) est fixé sur la coque de protection au niveau d'une première ouverture du conduit (11), une seconde ouverture du conduit étant située au niveau du moyen d'évacuation de la chaleur.
3. 3. Casque selon la revendication 2, caractérisé en ce que la coque de protection comprend, à l'intérieur, une couche de protection (10) comprenant un premier type de plusieurs conduits (11) débouchant d'un coté sur le moyen d'évacuation de la chaleur et de l'autre sur le moyen de ventilation, les conduits comprenant uniquement deux ouvertures.
4. 4. Casque selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la coque de protection (9,10) comprend également un deuxième type de plusieurs conduits (12) situés sur la surface de la couche de protection (10) en contact avec la tête du porteur.
5. 5. Casque selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'ouverture et de fermeture (8) d'au moins un conduit de transmission du flux d'air.
6. 6. Casque selon la revendication 5 comprenant n conduits (11) du premier type et m conduits (12) du second type, caractérisé en ce que le moyen d'ouverture et de fermeture contrôle les n conduits du premier type 30 simultanément et/ou les m conduits du second type simultanément.
7. 7. Casque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de conduits du premier type et du second type traversant la coque de protection (9, 10) longitudinalement de la partie arrière à la partie avant du casque, les conduits étant répartis transversalement à l'axe longitudinal avant-arrière du casque.
8. 8. Casque selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le moyen de ventilation (7) est fixé sur la partie arrière du casque.
9. 9. Casque selon l'une quelconque des revendications précédentes, le moyen d'évacuation de la chaleur et l'équipement dissipatif étant entourés ~o d'une structure mécanique de protection, caractérisé en ce que la structure mécanique comporte un orifice au niveau du moyen d'évacuation de la chaleur.