FR2951032A1

FR2951032A1 - Chemin de cable evolutif pour aeronef a structure en materiau composite

Info

Publication number: FR2951032A1
Application number: FR0956892A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Camille Ayme; Serge Thierry Roques
Original assignee: Labinal SA
Current assignee: Safran Electrical and Power SAS
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-08
Anticipated expiration: 2029-10-02
Also published as: FR2951032B1; US20110079429A1; CA2722398C; CA2722398A1; US8436245B2

Abstract

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 (1), agencée pour recevoir au moins un câble (2) cheminant le long de la structure (6) dudit aéronef et pour assurer une continuité électrique sur toute sa longueur, caractérisé en ce que ladite goulotte de base comporte des premiers moyens de fixation (23) aptes à coopérer avec des moyens de fixation (33) correspondants d'une seconde goulotte, formant goulotte d'extension (30).

Description

1

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 10 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 15 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 20 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 25 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, 30 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 35 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 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. 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. 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 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, 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. 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 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. Dans un mode de réalisation particulier la goulotte d'extension constitue, en association avec la goulotte de base, des goulottes simples 20 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 telles que décrites ci-dessus. Cette configuration permet de fournir, d'une façon simple, légère 25 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 comporte 30 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 sont reliées par au moins une tresse de métallisation de 35 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 5 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 10 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 15 goulotte, formant goulotte de base, 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 qu'il comprend l'adjonction d'une seconde goulotte, formant goulotte d'extension, parallèlement à la goulotte de base. 20 Préférentiellement le procédé comporte une étape préalable 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. La présente invention porte également sur un fuselage d'aéronef comportant au moins un dispositif de maintien de câble tel que décrit ci- 25 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 30 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 35 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 5 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 10 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 15 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, réalisées en matériau métallique, essentiellement pour prévenir les effets de la foudre ou de rayonnements électromagnétiques. 20 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 25 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, en cas de court-circuit entre câbles, la goulotte 30 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. 35 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. 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. 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 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. 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 37 a la forme d'un embout mâle 37 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 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.

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. 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. 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 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.35

Claims

REVENDICATIONS1. 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 (1), agencée pour recevoir au moins un câble (2) cheminant le long de la structure (6) dudit aéronef et pour assurer une continuité électrique sur toute sa longueur, caractérisé en ce que ladite goulotte de base comporte des premiers moyens de fixation (23) aptes à coopérer avec des moyens de fixation (33) correspondants d'une seconde goulotte, formant goulotte d'extension (30).
2. Goulotte d'extension caractérisée en ce qu'elle comporte des seconds moyens de fixation (33) aptes à coopérer avec des premiers moyens de fixation (23) d'une goulotte de base (1) selon la revendication 1.
3. Goulotte d'extension selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle constitue, en association avec la goulotte de base, des goulottes simples supplémentaires en nombre supérieur à 1.
4. Dispositif de maintien de câble cheminant le long de la structure (6) d'un aéronef, comportant une goulotte de base (1) selon la revendication 1 et au moins une goulotte d'extension (30) selon l'une des revendications 2 ou 3.
5. Dispositif de maintien de câble selon la revendication 4 dans lequel la goulotte de base (1) comporte au moins une patte de liaison (23) et la goulotte d'extension comporte au moins une plaque en regard (34), les deux parties en contact étant traitées de façon à assurer une bonne continuité électrique entre les deux goulottes.
6. Dispositif de maintien de câble selon la revendication 4 dans lequel la goulotte de base (1) et la goulotte d'extension (30) sont reliées par au moins une tresse de métallisation (35) de façon à assurer une bonne continuité électrique entre les deux goulottes.
7. Dispositif de maintien de câble selon la revendication 1 dans lequel la goulotte de base (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.
8. Dispositif de maintien de câble selon la revendication 1 dans lequel la goulotte de base (1) comporte au moins une patte destinée à assurer la connexion électrique de sa partie métallique à un circuit de retour de courant des équipements de l'aéronef
9. 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 (1), agencée pour recevoir au moins un câble (2) cheminant le long de la structure (6) dudit aéronef 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 (30), parallèlement à la goulotte de base (1).
10. Procédé d'extension selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable d'implantation de la goulotte de base (1) sur la structure de l'aéronef en laissant un espace latéral apte à y loger une goulotte d'extension (30).
11. Fuselage d'aéronef comportant au moins un dispositif de maintien de câble selon l'une des revendications 1 à 8.