FR2979127A1

FR2979127A1 - Actionneur

Info

Publication number: FR2979127A1
Application number: FR1257791A
Authority: FR
Inventors: Heiko Marz
Original assignee: BE Aerospace Systems GmbH
Current assignee: BE Aerospace Systems GmbH
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2013-02-22
Also published as: US20130043691A1; DE102011111002A1

Abstract

Actionneur (1) pour l'ouverture d'un conteneur à oxygène de secours ou d'une porte de compartiment à masques (7) dans un avion présentant un contact d'ouverture (2) en alliage à mémoire de forme et un fil de résistance (3), le fil de résistance étant au moins en partie enroulé autour du contact d'ouverture et pouvant être raccordé à une tension d'alimentation.

Description

L'invention concerne un actionneur, en particulier pour l'ouverture d'un dispositif de ver- rouillage d'un conteneur à oxygène de secours ou d'une porte de compartiment à masques dans un avion. Sur les avions de ligne est normalement disposé, au-dessus des rangées de sièges, un bloc de service pour passagers dit "bloc PSU" (Passenger Support Unit, Passenger Service Unit), dans lequel sont également logés, outre l'éclairage et la ventilation, en particulier des masques à oxygène pour les passagers qui, en cas de dépressurisation à l'intérieur de la cabine, tombent à la portée des passagers. Est prévu, à cet effet, dans le bloc PSU, un compartiment ou un conteneur verrouillable par une porte disposée côté inférieur, dans lequel sont nor- malement disposés, selon le nombre de sièges situés au-dessous, deux, quatre, voire plus de quatre masques à oxygène pour passagers. Les masques présentent généralement un flexible d'alimentation en oxygène de secours, par l'intermédiaire duquel ils sont reliés à une prise d'oxygène fixe correspondante dans le bloc PSU. La prise d'oxygène fixe est normalement reliée à un conteneur à oxygène de secours.

En cas de besoin, il faut que soient ouverts à la fois la porte de compartiment à mas- ques et le conteneur à oxygène de secours pour pouvoir alimenter les passagers en oxygène. Selon l'état de la technique, ceux-ci peuvent, de manière connue, être ouverts dans un avion depuis un poste central ou par le passager lui-même, de manière simple. Il est également connu, dans l'état de la technique, d'utiliser comme actionneurs des composants en alliages à mémoire de forme. On différencie alors trois types de déclenchement. Dans un premier type de déclenchement, le courant est conduit directement à travers l'alliage à mémoire de forme. Du fait de la résistance, le courant réchauffe l'alliage à mémoire de forme. En variante, la chaleur peut être apportée indirectement. Dans ce cas, un courant électrique réchauffe un milieu qui chauffe ensuite l'alliage à mémoire de forme. En outre, la chaleur peut être apportée directement par un milieu modifiant la température, comme par exemple dans le cas d'un thermostat dans un circuit de refroidissement. Sur les avions de ligne, la grandeur d'entrée pour l'ouverture d'un dispositif de verrouil- lage d'un conteneur à oxygène de secours ou d'une porte de compartiment à masques est une tension alternative élevée. L'ouverture de ce type d'ouvrants au moyen d'électro-aimants est connue dans l'état de la technique. Il existe, toutefois, un inconvénient en ce que l'électro- aimant est relativement lourd, ce qui, fondamentalement, est problématique dans les applications aéronautiques, et en ce que, compte tenu du fait que le composant à déplacer n'est actionné qu'en cas d'urgence ou sporadiquement à des fins de test, celui-ci peut se bloquer de sorte qu'il est possible que la force magnétique ne soit pas suffisante pour déplacer ledit com- posant. Ceci représente un risque considérable en matière de sécurité. Dans ce contexte, l'invention a pour objet de mettre à disposition un actionneur qui convient pour des tensions alternatives relativement élevées, consomme peu de courant, est léger et fonctionne de manière fiable même après une longue période de non-activation, c.-à-d. génère une puissance de réglage élevée. Ce problème est résolu selon l'invention par un actionneur qui est apte, en particulier, à ouvrir un dispositif de verrouillage d'un conteneur à oxygène de secours ou d'une porte de compartiment à masques dans un avion, mais convient également pour d'autres applications, actionneur comprenant un contact d'ouverture en alliage à mémoire de forme et un fil de résistance disposé dessus et relié à celui-ci de manière thermoconductrice, qui peut être raccordé à une tension d'alimentation. L'actionneur selon l'invention est notamment avantageux pour l'ouverture d'un dispositif de verrouillage d'un conteneur à oxygène de secours ou d'une porte de compartiment à masques dans un avion mais il peut également être utilisé, de manière avanta- geuse, pour d'autres applications qui ne se limitent ni à un avion, ni au processus d'ouverture proprement dit. Ainsi, tout déclenchement peut, en principe, être opéré, comme par ex. l'ouverture d'une porte de secours dans un bâtiment, l'ouverture d'un ouvrant d'automobile et beaucoup plus.

La solution selon l'invention est particulièrement appropriée pour l'application dans un avion, dont il est question ici, étant donné que le fil de résistance, s'il est convenablement dimensionné, peut être alimenté directement par la tension alternative disponible, sans l'apparition d'un courant trop fort. En outre, cet actionneur peut être fabriqué économiquement, de manière simple et avec un faible poids. Les puissances de réglage de l'actionneur selon l'invention sont relativement élevées, garantissant ainsi une activation fiable, en particulier l'ouverture, même s'il n'a pas été actionné depuis longtemps. L'échauffement est opéré par liaison thermoconductrice entre le fil de résistance et le contact d'ouverture de manière quasi-instantanée, donc pratiquement sans retard décelable. En principe, la tension peut également être appliquée directement sur l'alliage à mé- moire de forme. Etant donné que les alliages à mémoire de forme ont une faible résistance, des courants très forts apparaissent en présence de tensions élevées, lesquels pourraient détruire l'alliage à mémoire de forme. Par conséquent, il faudrait transformer la tension en une tension plus faible si celle-ci doit être appliquée directement sur l'alliage à mémoire de forme. De manière avantageuse, le fil de résistance est enroulé au moins partiellement autour du contact d'ouverture pour ainsi obtenir un échauffement rapide et intensif du contact d'ouver- ture lors de l'alimentation en courant du fil. Un contact d'ouverture est un composant qui est apte à actionner un dispositif de verrouillage de telle sorte que celui-ci passe d'une position fermée à une position ouverte. De préférence, un contact d'ouverture est un composant qui présente une forme oblongue de façon qu'une variation de température puisse opérer un allongement principal du contact d'ouverture dans une seule direction, c.-à-d. en direction longitudinale. De préférence, la section transversale du contact d'ouverture est circulaire de sorte que le risque de détérioration du fil de résistance est particulièrement faible.

Un dispositif de verrouillage est, de préférence, conçu pour maintenir un conteneur à oxygène de secours et/ou une porte de compartiment à masques en toute sécurité dans un état fermé. A cet effet, un dispositif de verrouillage peut présenter, par exemple, un verrou mécanique ou un électro-aimant. Le contact d'ouverture est alors conçu, de préférence, pour pouvoir déplacer le verrou mécanique dans une position dans laquelle il ne peut plus maintenir le conteneur à oxygène de secours et/ou la porte de compartiment à masques dans un état fermé. Lorsque le dispositif de verrouillage comporte un électro-aimant, le contact d'ouverture peut être aménagé pour isoler celui-ci d'un courant électrique. Les alliages à mémoire de forme sont souvent également désignés métaux à mémoire ("memory metals") car ils peuvent reprendre une forme antérieure même après avoir subi une forte déformation. Le changement de forme est basé sur la transformation des réseaux, en fonction de la température, de deux structures cristallines différentes d'un métal. L'alliage à mémoire de forme peut présenter un effet simple sens. L'effet simple sens est caractérisé par une déformation unique lors du chauffage d'un échantillon préalablement soumis à une défor- mation pseudoplastique, par exemple à l'état martensitique. L'alliage à mémoire de forme peut aussi présenter un effet double sens extérieur. On désigne comme effet double sens extérieur le retour de forme lors du refroidissement d'un composant, qui est contraint par une force, par exemple mécanique, agissant de l'extérieur. Ceci peut être réalisé, par exemple, par un ressort qui a été tendu pendant l'échauffement. De préférence, l'alliage à mémoire de forme présente un effet double sens intrinsèque de sorte que le contact d'ouverture est aménagé pour pouvoir prendre deux formes différentes à deux températures différentes. Pour que le composant reprenne sa forme définie lors du refroidissement, il a subi, de préférence, plusieurs cycles de traitement thermo-mécaniques. Ainsi ont été formés dans le matériau de préférence des champs de tension qui favorisent la formation de certaines variantes de martensite lors du re- froidissement. Ainsi, la forme dirigée pour l'état à froid représente, de préférence, simplement une forme préférentielle de la structure martensitique. L'alliage à mémoire de forme contient, de préférence, des mélanges NiTi (nickel-titane ; nitinol) et/ou CuZn (cuivre-zinc) et/ou CuZnAI (cuivre-zinc-aluminium) et/ou CuAINi (cuivre-aluminium-nickel) et/ou FeNiAI (fer-nickel-aluminium).

Un fil de résistance est un fil qui présente une résistance électrique. Lorsque du cou- rant est conduit à travers la résistance, la puissance électrique est convertie en puissance thermique. Par conséquent, le fil de résistance peut également être désigné filament chauffant. L'utilisation d'un fil de résistance permet à la masse à réchauffer de conserver des dimensions réduites. Ceci permet également de minimiser le temps de déclenchement.

De manière avantageuse, le contact d'ouverture est conçu pour modifier sa longueur en cas de variations de sa température. Ainsi, le contact d'ouverture peut être utilisé de manière particulièrement simple pour ouvrir un conteneur à oxygène de secours et/ou une porte de compartiment à masques.

Dans une forme de réalisation avantageuse, un conducteur à froid en tant que protection du fil de résistance est monté en amont de celui-ci. Ainsi, le fil de résistance est bien protégé et ne peut pas s'échauffer au-delà d'une limite admissible lors de l'application d'un courant électrique.

Les conducteurs à froid, résistances CTP ou thermistances CTP sont des matériaux conducteurs qui, à des températures relativement basses, sont plus aptes à conduire le courant qu'à des températures élevées. Leur résistance électrique augmente au fur et à mesure qu'augmente la température. Ce type de résistances possède donc un coefficient de température positif. Le conducteur à froid peut présenter un métal pur. De préférence, le conducteur à froid est réalisé en céramiques polycristallines semi-conductrices, par exemple BaTiO3, qui forment une couche d'arrêt aux limites de grain dans une plage de températures définie. Une configuration particulièrement avantageuse prévoit que le fil de résistance contient du cuivre, du nickel et du manganèse. De ce fait, la puissance thermique du fil de résistance reste relativement indépendante de la température du fil de résistance. Un échauffement et, par conséquent, une variation de longueur définie souhaitée du contact d'ouverture peuvent ainsi être réglés de manière particulièrement précise. De manière particulièrement préférentielle, le fil de résistance contient 53 à 57 % de cuivre, 43 à 45 % de nickel et 0,5 à 1,2 % de manganèse. On obtient ainsi une résistance électrique spécifique qui augmente particulièrement lentement avec la température sur une très large plage de températures. La puissance thermique fournie lors de l'application d'un courant électrique reste ainsi particulièrement indépendante de la température ambiante. Pour éviter de façon sûre qu'une variation de longueur du contact d'ouverture ne pro- voque une détérioration du fil de résistance, on peut prévoir un espace entre chaque enroulement du fil de résistance. Ceci permet au fil de résistance de compenser de manière simple des variations de longueur du contact d'ouverture. De préférence, la largeur de l'espace qui sépare deux enroulements correspond au moins au diamètre du fil de résistance. De manière particulièrement préférentielle, la largeur de l'espace entre deux enroulements est égale au double du diamètre du fil de résistance. Dans une forme de réalisation avantageuse, le contact d'ouverture et le fil de résis- tance sont logés au moins en partie dans un tube. Le contact d'ouverture peut ainsi être guidé de façon à se trouver respectivement dans une position prédéterminée à des températures différentes. Lors d'une augmentation de la température et d'un allongement résultant du contact d'ouverture, le contact d'ouverture peut se dilater uniquement dans deux directions opposées. Un fléchissement indésirable du contact d'ouverture peut être évité. En outre, ceci permet de garantir le fonctionnement de l'actionneur même dans des conditions environnantes défavora- bles, telles que par exemple le montage dans un environnement dans lequel sont présentes des particules qui peuvent atteindre le fil de résistance et pourraient, par exemple, dériver du courant de celui-ci. Lorsque le tube est fermé à une extrémité, le contact d'ouverture ne peut se dilater que dans une direction. De préférence, la paroi du tube est aussi fine que possible afin d'éviter une dissipation de chaleur inutile provenant du fil de résistance. En outre, cette configuration a une répercus- sion favorable sur le poids de l'actionneur. De préférence, l'épaisseur de la paroi du tube est plus petite que le diamètre du fil de résistance. De manière particulièrement préférentielle, l'épaisseur de la paroi correspond à la moitié du diamètre du fil de résistance. Lorsque le contact d'ouverture et le fil de résistance sont logés dans le tube, la paroi du tube est avantageusement constituée d'un matériau qui présente une faible conductivité électri- que et une faible conductibilité thermique. De préférence, la résistance électrique spécifique du tube se situe au-dessus de 1016 4 - mn-12/m, plus préférablement au-dessus de 1018 4 - mm2/m à 20 degrés Celsius. De préférence, la conductibilité thermique du tube se situe au-dessous de 1 W/(m x K), plus préférablement au- dessous de 0,5 W/(m x K) à 0 degré Celsius. Pour éviter de façon certaine que le fil de résistance ne soit endommagé lors de varia- tions de longueur du contact d'ouverture, le contact d'ouverture peut être logé au moins en par- tie dans un tube et le fil de résistance enroulé au moins en partie autour du tube. Ainsi, le contact d'ouverture peut être guidé de façon à se trouver, aux différentes températures, respectivement dans une position prédéterminée. Ceci permet, en outre, un guidage particulièrement précis du contact d'ouverture. Lorsque le tube est prévu entre le contact d'ouverture et le fil de résistance, la paroi du tube est réalisée avantageusement dans un matériau qui présente une faible conductivité électrique et une conductibilité thermique élevée. De préférence, la résistance électrique spécifique du tube se situe au-dessus de 1018 4 - mn-12/m, plus préférablement au-dessus de 1018 4 - mm2/m à 20 degrés Celsius De préférence, la conductibilité thermique du tube dans cette forme de réalisation se situe au-dessus de 15 W/(m x K), plus préférablement au-dessus de 200 W/(m x K) à 0 degré Celsius. Dans une forme de réalisation avantageuse, le tube est un capillaire, ce qui permet de minimiser sensiblement la masse du tube de façon à obtenir un déclenchement rapide moyennant une faible consommation d'énergie. Un capillaire est, de préférence, une cavité allongée très fine, ayant un très petit diamètre intérieur.

Dans une forme de réalisation avantageuse, l'actionneur est disposé dans le bloc PSU d'un avion. L'actionneur peut ainsi être utilisé de manière particulièrement efficace pour l'ouverture d'une porte de compartiment à masques d'un avion. Sur les avions gros-porteurs, un bloc PSU est intégré dans la cabine pressurisée au-dessus de chaque rangée de sièges passagers. Ce bloc renferme, par exemple, des liseuses, des haut-parleurs, des masques à oxygène qui tombent d'une ouverture en cas de dépressuri- sation, ainsi que des voyants qui s'allument, tels que le voyant "Attachez vos ceintures". En outre, on y trouve également fréquemment des haut-parleurs pour la transmission des annonces du personnel de bord.

Des formes de réalisation préférentielles de l'invention sont expliquées plus en détails ci-après à l'aide des dessins ci-annexés, dans lesquels la Fig. 1 est une représentation très simplifiée d'une coupe longitudinale d'un actionneur et d'un verrou d'une porte de compartiment à masques, la Fig. 2 montre une coupe longitudinale d'un actionneur sur la base de la représentation selon la Fig. 1, dans lequel le contact d'ouverture est logé dans un tube. La Fig. 1 montre une coupe longitudinale d'un actionneur 1 et un verrou 6 d'une porte de compartiment à masques 7. L'actionneur 1 présente un contact d'ouverture 2. Le contact d'ouverture 2 est une tige de section circulaire en alliage à mémoire de forme.

Autour d'une partie médiane du contact d'ouverture 2 est enroulé un fil de résistance 3 qui est isolé électriquement du contact d'ouverture 2 par l'intermédiaire d'une couche isolante. 280 enroulements du fil de résistance 3 sont présents sur le contact d'ouverture 2. Le fil de résistance 3 est enroulé autour du contact d'ouverture 2 de façon à ménager un espace entre les différents enroulements. Cet espace correspond sensiblement au diamètre du fil de résistance 3. Le fil de résistance 3 contient environ 55 % de cuivre, 44 % de nickel et 1 % de manganèse. A ses extrémités, le fil de résistance 3 est relié à des conduits de raccordement 4. Ces conduits de raccordement 4 relient le fil de résistance 3 à une tension d'alimentation 5. Outre l'actionneur 1 sont illustrés à la Fig. 1 un verrou 6 et une région partielle d'une porte de compartiment à masques 7. Le verrou 6 présente une forme en L comprenant une première branche 8 et une deuxième branche 9 et est monté à rotation dans un palier 10. Le verrou 6 est disposé de façon telle que la première branche 8 est située devant la porte de compartiment à masques 7 et la deuxième branche 9 se trouve à proximité immédiate d'une première extrémité 11 du contact d'ouverture 2. Lorsque du courant de la tension d'alimentation 5 passe à travers les conduits de rac- cordement 5 et le fil de résistance 3, celui-ci se réchauffe étant donné que, par la résistance électrique du fil de résistance 3, une partie de l'énergie électrique est transformée en énergie thermique. Etant donné que le fil de résistance 3 repose directement sur le contact d'ouverture 2, une partie de l'énergie thermique est cédée au contact d'ouverture 2 par conduction thermique, rayonnement thermique et convection. Ceci produit un échauffement du contact d'ouver- ture 2. Etant donné que le contact d'ouverture 2 est immobilisé d'un côté (palier A) et qu'à des températures relativement élevées sa forme varie de sorte que sa longueur augmente, l'extrémité 11 du contact d'ouverture 2 se déplace en direction de la deuxième branche 9 du verrou 6. Lorsque l'extrémité 11 vient en appui contre la deuxième branche 9, une force est générée sur le verrou 6, dont la ligne d'action passe sur le palier 10 dans lequel le verrou 6 est logé à rota- tion. Ceci génère un couple de rotation sur le verrou 6 qui entraîne la rotation du verrou 6 autour du palier 10 dans le sens des aiguilles d'une montre. La première branche 8 du verrou 6 se déplace alors d'une région dans laquelle elle est située devant la porte de compartiment à mas- ques 7 dans une région dans laquelle elle libère la porte 7. Le passage d'un courant à travers les conduits de raccordement 4 permet alors l'ouverture de la porte de compartiment à masques 7. Pour s'assurer que la porte 7 s'ouvre, lorsque le verrou libère celle-ci, il est prévu, sur le côté de la porte 7 opposé au verrou un ressort de pression non représenté, qui exerce une pression sur la porte de compartiment à masques 7. Du fait que des espaces sont prévus entre les différents enroulements du fil de résistance 3, on évite un endommagement du fil de résistance 3 lorsque le contact d'ouverture 2 se dilate. Etant donné que le contact d'ouverture 2 est chauffé indirectement par le fil de résis- tance 3, on obtient, pour des tensions alternatives, un actionneur 1 léger, rapide, robuste, à fai- ble consommation d'énergie, satisfaisant aux exigences électriques, entre autres, en termes d'interférences et de distorsions de courant, et d'un coût avantageux. Il ne serait pas possible de chauffer directement le contact d'ouverture 2 sans conversion de tension car la tension d'alimentation 5 fournit une tension alternative élevée. Il faudrait transformer cette tension alternative de manière coûteuse en une tension plus basse lorsque celle-ci doit être appliquée directement sur le contact d'ouverture 2. Le contact d'ouverture 2 présente une très faible résistance qui, en présence de tensions élevées, conduit à de très forts courants qui détruiraient le contact d'ouverture 2. En outre, lors d'une transformation de tension d'une grandeur d'entrée alternative, une distorsion de courant indésirable pourrait survenir.

La Fig. 2 montre une coupe longitudinale d'un actionneur 1, où le contact d'ouverture 2 est logé dans un tube 12. Le tube 12 est en acier. Son épaisseur de paroi est de 0,1 mm. Le fil de résistance 3 comporte une couche isolante électrique formée par un vernis et est enroulé tout autour du tube 12. Lors d'une variation de longueur, le contact d'ouverture 2 est guidé, en outre, par le tube 12. On garantit ainsi que le contact d'ouverture 2 s'étend dans une direction définie quand il s'échauffe. Par ailleurs, on évite le risque d'endommagement du fil de résistance 3 lorsque la longueur du contact d'ouverture 2 varie. L'épaisseur de paroi du tube 12 est relativement mince car cela permet de prévoir le fil de résistance 3 à une faible distance du contact d'ouverture 2. Etant donné que le tube est en métal, il s'opère une bonne conduction thermique entre le fil de résistance et le contact d'ouver- ture. Dans cette forme de réalisation illustrée à la Fig. 2, le contact d'ouverture est également empêché, sur un côté, par le palier A de s'éloigner du verrou 6 en cas de dilatation due à l'échauffement, la variation de longueur totale s'opérant, au contraire, en direction de la deuxième branche 9 du verrou 6.

Dans la forme de réalisation illustrée à la Fig. 2 est également prévu de manière avan- tageuse un ressort de rappel 13 qui permet au contact d'ouverture 2 de revenir à sa position initiale lors du refroidissement subséquent. Le verrou 6 représenté à la Fig. 2 correspond fonc- tionnellement à celui représenté à la Fig. 1, même si le verrou de la Fig. 2 présente une forme et un logement différents. Une liste des repères est maintenant donnée : 1 Actionneur 2 Contact d'ouverture 3 Fil de résistance 4 Conduit de raccordement 5 Tension d'alimentation 6 Verrou 7 Porte de compartiment à masques 8 Première branche 9 Deuxième branche 10 Palier 11 Première extrémité 12 Tube 13 Ressort de rappel A Palier

Claims

REVENDICATIONS1. Actionneur (1), en particulier pour l'ouverture d'un dispositif de verrouillage d'un conteneur à oxygène de secours ou d'une porte de compartiment à masques (7) dans un avion, comprenant un contact d'ouverture (2) en alliage à mémoire de forme et un fil de résistance (3), le fil de résistance (3) étant relié de manière thermoconductrice au contact d'ouverture (2) et pouvant être raccordé à une tension d'alimentation (5).
2. Actionneur (1) selon la revendication 1, dans lequel le fil de résistance (3) est en- roulé au moins partiellement autour du contact d'ouverture (2) ou le long du contact d'ouverture (2).
3. Actionneur (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le contact d'ouverture (2) est conçu pour modifier sa longueur en cas de variations de sa température.
4. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un conducteur à froid est placé en amont du fil de résistance (3).
5. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le fil de résistance (3) contient du cuivre, du nickel et du manganèse.
6. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un es- pace est ménagé entre chaque enroulement du fil de résistance (3).
7. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le contact d'ouverture (2) et le fil de résistance (3) sont logés au moins en partie dans un tube (12).
8. Actionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le contact d'ou- verture (2) est logé au moins en partie dans un tube (12) et le fil de résistance (3) est enroulé au moins en partie autour du tube (12).
9. Actionneur (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le tube (12) est un capillaire.
10. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (1) est disposé dans un bloc PSU d'un avion.