FR3030732A1 - Dispositif de detection de chaleur pour aeronef comprenant un capteur a deformation mecanique - Google Patents

Abstract

Les détecteurs de chaleur équipant les aéronefs, dont le principe repose sur la détection du changement de phase d'un matériau eutectique, sont relativement coûteux. Il est proposé de remédier à ce problème au moyen d'un dispositif de détection de chaleur (20) pour aéronef, comprenant un actionneur (24) qui se déforme lorsque sa température s'élève au point d'atteindre un seuil de température prédéfini, et un capteur de déplacement (28) comprenant un organe mobile (30) qui est déplacé par l'actionneur depuis une position de non détection jusqu'à une position de détection lorsque l'actionneur (24) se déforme sous l'effet d'une élévation de sa température jusqu'au seuil de température.

Description

DISPOSITIF DE DÉTECTION DE CHALEUR POUR AÉRONEF COMPRENANT UN CAPTEUR A DEFORMATION MECANIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un détecteur de chaleur pour aéronef, notamment destiné à la détection de fuites au sein d'un circuit d'air ou de gaz chaud dans un aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La détection de fuite au niveau des circuits d'air ou de gaz chaud dans les aéronefs repose habituellement sur la détection d'une élévation de température à proximité de ces circuits. Les dispositifs utilisés pour détecter une telle élévation de température comprennent en général un matériau eutectique initialement à l'état solide, et des moyens de détection du passage de ce matériau à l'état liquide. En effet, dans le cas d'un tel matériau, un tel changement de phase a lieu à une température bien définie. Les moyens de détection prennent par exemple la forme de moyens capables de détecter l'abaissement de l'impédance électrique du matériau du fait du changement de phase. Toutefois, les dispositifs de ce type se révèlent relativement coûteux à fabriquer et à utiliser, notamment du fait que ces dispositifs sont relativement fragiles et présentent ainsi un risque d'endommagement au cours de leur installation et de leur maintenance. Il en résulte un risque d'erreurs dans la détection qui peut conduire par exemple à de fausses alarmes à destination des pilotes de l'aéronef. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème. Elle propose à cet effet un dispositif de détection de chaleur pour aéronef, comprenant un actionneur qui se déforme lorsque sa température s'élève au point d'atteindre un seuil de température prédéfini, et un capteur de déplacement comprenant un organe mobile qui est déplacé par l'actionneur depuis une position de non détection jusqu'à une position de détection lorsque l'actionneur se déforme sous l'effet d'une élévation de sa température jusqu'audit seuil de température.

L'invention permet donc d'éviter le recours à un matériau eutectique, et propose ainsi un dispositif de détection de chaleur peu coûteux et présentant en particulier peu de risques d'endommagement au cours de son installation et de sa maintenance. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'actionneur est formé d'au moins un enroulement hélicoïdal d'au moins une fibre de polymère thermoplastique torsadée, ledit actionneur se déformant par élongation ou contraction selon un axe longitudinal de l'enroulement hélicoïdal sous l'effet d'une élévation de sa température jusqu'audit seuil de température, et ledit actionneur subissant une déformation en sens inverse sous l'effet d'un abaissement de sa température en dessous dudit seuil de température. Un tel actionneur, connu sous le nom de « muscle artificiel », est par exemple décrit par Carter S. Haines et al. dans l'article intitulé "Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread" (voir la bibliographie à la fin de la présente description). De préférence, le dispositif comprend un support, et ledit actionneur présente une première extrémité longitudinale fixe par rapport au support, et une seconde extrémité longitudinale opposée reliée à l'organe mobile du capteur de déplacement, ladite seconde extrémité longitudinale étant apte à se déplacer au gré des déformations dudit actionneur en entraînant l'organe mobile en translation selon ledit axe longitudinal.

Les deux extrémités longitudinales de l'actionneur sont avantageusement bloquées en rotation autour de l'axe longitudinal. De préférence, le dispositif comprend un organe de guidage autour duquel est enroulé ledit actionneur et par rapport auquel se déplace ladite seconde extrémité longitudinale de ce dernier.30 Par ailleurs, le capteur de déplacement comporte avantageusement un organe de retenue configuré de manière à maintenir l'organe mobile dans sa position de non détection tant que la température de l'actionneur est inférieure audit seuil de température.

Le capteur de déplacement comprend de préférence un circuit électrique de surveillance, auquel cas l'organe mobile du capteur de déplacement est de préférence configuré pour modifier un état d'ouverture/fermeture du circuit électrique de surveillance lorsque cet organe mobile se déplace depuis sa position de non détection jusqu'à sa position de détection.

L'invention concerne également un aéronef, comprenant au moins un dispositif de détection de chaleur du type décrit ci-dessus. Ledit dispositif de détection de chaleur est de préférence monté en regard d'une région de raccordement de deux conduites destinées à la circulation d'un fluide gazeux plus chaud que le milieu dans lequel s'étend le dispositif de détection de chaleur. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique de côté d'un aéronef selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une région de raccordement de deux conduites d'air chaud et d'un dispositif de détection de chaleur selon un mode de réalisation préféré de l'invention, appartenant à l'aéronef de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale du dispositif de détection de chaleur de la figure 2, illustré dans un état de non détection ; la figure 4 est une vue semblable à la figure 3, illustrant le dispositif de détection de chaleur de la figure 2 dans un état de détection.

Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS La figure 1 illustre un aéronef 8 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 2 illustre à titre d'exemple une région 10 de raccordement de deux conduites 12 et 14 d'air chaud au sein de cet aéronef 8. Les deux extrémités concernées des conduites 12 et 14 sont raccordées l'une à l'autre par des moyens conventionnels, par exemple par emmanchement d'embouts en tôle emboutie formés respectivement à l'extrémité de chaque tuyau et serrés au moyen d'un collier de serrage permettant d'assurer une étanchéité par contact métal/métal. Un dispositif de détection de chaleur 20 selon un mode de réalisation préféré de l'invention est agencé en regard de la région de raccordement 10, afin de pouvoir détecter l'élévation de température résultant d'une éventuelle fuite au niveau du raccordement des deux conduites 12 et 14. A titre d'exemple, l'efficacité du dispositif est maximisée au moyen d'un manchon 16 entourant les extrémités des conduites 12 et 14 de manière à délimiter une cavité autour de celles-ci, le manchon 16 étant pourvu d'orifices de sortie 18 de la cavité qui permettent de concentrer l'air chaud, résultant d'une éventuelle fuite, en direction du dispositif de détection de chaleur 20. Le dispositif de détection de chaleur 20 comporte de manière générale un support 22, un actionneur 24 monté sur un organe de guidage 26 fixé au support 22, et un capteur de déplacement 28 également solidaire du support 22 et comprenant un organe mobile 30. En variante, l'actionneur 24 peut être relié au support par tout autre moyen approprié, et le dispositif peut alors être dépourvu d'organe de guidage. En variante, le guidage de l'actionneur 24 peut en particulier être assuré par l'organe mobile 30 du capteur de déplacement.

Le support 22 est fixé à un élément fixe ou stator de l'aéronef 8 (non visible sur les figures) d'une manière conventionnelle. L'actionneur 24 est apte à se déformer lorsque sa température s'élève au point d'atteindre un seuil de température prédéfini. De plus, l'organe mobile 30 du capteur de déplacement 28 est déplacé par l'actionneur 24 depuis une position de non détection (figure 3) jusqu'à une position de détection (figure 4) lorsque l'actionneur 24 se déforme sous l'effet d'une élévation de sa température jusqu'au seuil de température prédéfini, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. Dans le mode de réalisation illustré, l'actionneur 24 est formé d'un enroulement hélicoïdal d'une fibre de polymère thermoplastique torsadée, du type qui se déforme par élongation ou contraction selon un axe longitudinal 32 de l'enroulement hélicoïdal sous l'effet d'une variation de sa température. Comme expliqué ci-dessus, un tel actionneur est par exemple décrit par Carter S. Haines et al. dans l'article intitulé "Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread" (voir la bibliographie à la fin de la présente description). Un tel actionneur est en particulier remarquable du fait que l'actionneur se déforme progressivement pour passer d'une configuration initiale à une configuration finale lorsque sa température s'élève progressivement depuis une température initiale jusqu'à une température finale, et l'actionneur revient à sa forme initiale lorsque la température revient à sa valeur initiale. Ainsi, un tel actionneur présente un caractère réversible avec peu, voire pas, d'hystérésis. Ce comportement est observable même lorsqu'une charge mécanique constante est appliquée à l'actionneur, la déformation de l'actionneur dans un sens ou dans l'autre s'effectuant alors à l'encontre de cette charge mécanique.

A titre d'exemple, la fibre de polymère choisie pour constituer l'actionneur est un fil de couture en nylon 6,6 mono-filament d'un diamètre compris entre 100 um et 150 um. L'actionneur peut être obtenu en soumettant la fibre de polymère à une traction constante, par exemple de l'ordre de 5 MPa à 50 MPa, tout en tournant une extrémité de la fibre sur elle-même tandis que l'autre extrémité est maintenue fixe, de manière à torsader la fibre, jusqu'à ce que des spires se forment spontanément. La fibre ainsi torsadée prend alors la forme générale d'un enroulement hélicoïdal. Le processus de torsion sous traction peut être poursuivi au-delà du moment où l'enroulement hélicoïdal s'est formé, jusqu'à l'obtention des propriétés thermomécaniques souhaitées de l'actionneur. L'apparition des premières spires survient par exemple après l'application de 2000 tours environ à l'extrémité de la fibre. Un enroulement hélicoïdal complet peut être obtenu après 3000 tours environ. En variante, une fibre multi-filaments peut être utilisée, de même qu'une fibre en un autre matériau, tel que du nylon 6 ou du polyéthylène. De plus, un ensemble formé de plusieurs fibres peut être utilisé, l'ensemble se présentant par exemple sous la forme d'une tresse. En variante encore, l'actionneur peut être réalisé en enroulant hélicoïdalement une telle fibre de polymère autour d'un mandrin tout en torsadant la fibre par l'application d'une torsion à l'une des extrémités de la fibre et tout en appliquant une traction à la fibre, puis en appliquant un traitement thermique à la fibre de manière à la figer dans sa configuration torsadée et enroulée en hélice. Dans l'exemple illustré, l'actionneur 24 est du type qui se déforme par contraction selon son axe longitudinal 32 sous l'effet d'une élévation de sa température, et qui se déforme par élongation selon son axe longitudinal 32 sous l'effet d'un abaissement de sa température. Bien entendu, l'actionneur peut en variante fonctionner selon un mode de déformation inverse sans sortir du cadre de l'invention. Dans l'exemple illustré, l'actionneur 24 présente une première extrémité longitudinale 34 maintenue immobile par rapport au support 22, par exemple en étant fixée à l'organe de guidage 26, et une seconde extrémité longitudinale 36 opposée reliée à l'organe mobile 30 du capteur de déplacement 28. La seconde extrémité longitudinale 36 peut ainsi se déplacer au gré des déformations de l'actionneur 24 en entraînant l'organe mobile 30 du capteur de déplacement en translation selon l'axe longitudinal 32 de l'actionneur. De manière préférentielle, les deux extrémités longitudinales 34 et 36 de l'actionneur 24 sont bloquées en rotation autour de l'axe longitudinal 32. Cette caractéristique permet de maximiser le déplacement de la seconde extrémité longitudinale 36 sous l'effet de la déformation de l'actionneur. Le blocage en rotation de la première extrémité longitudinale 34 est par exemple assuré par la fixation de cette extrémité à l'organe de guidage 26, tandis que le blocage en rotation de la seconde extrémité longitudinale 36 est par exemple assuré par la liaison de cette extrémité avec l'organe mobile 30. Par ailleurs, l'actionneur 24 est par exemple enroulé autour de l'organe de guidage 26, qui prend par exemple la forme d'une tige s'étendant à distance du support 22 et fixée à ce dernier par des éléments de fixation 38.

Dans le mode de réalisation illustré, le capteur de déplacement 28 comprend un circuit électrique de surveillance 40, comprenant deux bornes 42, 44 espacées l'une de l'autre et reliées chacune à un fil électrique 46, 48 correspondant. Les deux fils électriques sont par exemple regroupés de manière à former un câble 50 à deux fils, destiné à permettre le raccordement du capteur de déplacement 28 à une unité électronique (non visible sur les figures) apte à surveiller l'état du dispositif de détection et à émettre un signal d'alerte en cas de fuite par exemple à destination des pilotes de l'aéronef 8. Le capteur de déplacement 28 comporte par exemple un boîtier 52 fixé au support 22 et au sein duquel sont logées les bornes 42, 44. 20 Dans le mode de réalisation illustré, l'organe mobile 30 comporte un contact électrique 54, prenant par exemple la forme d'une plaquette réalisée en un matériau conducteur de l'électricité, tel qu'un métal. L'organe mobile 30 comporte en outre un élément de liaison 56, tel qu'une tige, reliant le contact électrique 54 à la seconde extrémité longitudinale 36 de l'actionneur 24.

La position de « non détection» de l'organe mobile 30 est définie comme étant une position dans laquelle le contact électrique 54 est appliqué simultanément contre les deux bornes 42, 44 de manière à fermer le circuit électrique de surveillance 40 (figure 3). La position de « détection » de l'organe mobile 30 est définie comme étant une position dans laquelle le contact électrique 54 est éloigné des bornes 42,44 de manière à ouvrir le circuit électrique de surveillance 40 (figure 4).

Ainsi, l'organe mobile 30 du capteur de déplacement permet de modifier un état d'ouverture/fermeture du circuit électrique de surveillance 40 lorsque cet organe mobile se déplace depuis sa position de non détection jusqu'à sa position de détection.

Bien entendu, une configuration inversée est possible sans sortir du cadre de l'invention, c'est-à-dire une configuration dans laquelle le circuit électrique de surveillance 40 est ouvert lorsque l'organe mobile 30 est dans sa position de non détection et est fermé lorsque l'organe mobile 30 est dans sa position de détection. Dans le mode de réalisation illustré, le capteur de déplacement 28 comprend un organe de retenue 60 agencé de manière à solliciter l'organe mobile 30 du capteur de déplacement en direction de sa position de non détection, et plus précisément configuré de manière à maintenir l'organe mobile dans sa position de non détection tant que la température de l'actionneur est inférieure au seuil de température prédéfini. L'organe de retenue 60 prend par exemple la forme d'un ressort interposé entre l'organe mobile 30 et le boîtier 52 du capteur de déplacement 28. A titre d'exemple, ce ressort est interposé entre le contact électrique 54 de l'organe mobile 30 et une paroi 62 du boîtier 52 située du côté de l'actionneur 24. Ce ressort est dimensionné de manière à être dans un état comprimé même lorsque l'organe mobile est dans sa position de non détection, et de manière à empêcher un déplacement de l'organe mobile 30 en contrant la force de traction induite par l'actionneur 24, tant que cette force n'a pas atteint un niveau correspondant à la force développée par l'actionneur lorsque la température de ce dernier atteint le seuil de température prédéfini. Autrement dit, tant que la température de l'actionneur 24 est inférieure au seuil de température prédéfini, l'actionneur est empêché de se déformer par l'organe de retenue 60.

Par ailleurs, le boîtier 52 peut inclure des moyens adaptés au guidage de l'organe mobile 30 en translation parallèlement à l'axe longitudinal 32. Ces moyens peuvent être d'un type conventionnel et ne seront pas décrits en détail. D'une manière générale, le seuil de température est défini comme étant une température typiquement atteinte par l'actionneur 24 en présence d'une fuite au niveau de la région de raccordement 10. La valeur de ce seuil de température dépend ainsi de la température de l'air chaud circulant dans les tuyaux 12 et 14 en fonctionnement, et de la température nominale de l'actionneur 24 en fonctionnement normal de l'aéronef 8 en l'absence de fuite au niveau de la région de raccordement 10. Plus précisément, le seuil de température est de préférence fixé à une valeur bien supérieure à la température nominale de l'actionneur, cette valeur correspondant néanmoins à une température que l'actionneur atteindrait rapidement en cas de fuite. Le seuil de température est ainsi par exemple compris entre 120°C et 180°C. Le dispositif de détection 20 est ainsi en mesure de signaler une fuite rapidement après l'apparition de celle-ci.

Le fonctionnement du dispositif de détection de chaleur 20 va maintenant être décrit. En fonctionnement normal, les tuyaux 12 et 14 acheminent de l'air chaud de manière étanche au niveau de la région de raccordement 10, de sorte que la température de l'actionneur 24 est relativement basse. L'actionneur 24 est alors relativement déployé, de sorte que l'organe mobile 30 soit dans sa position de non détection. Le maintien de l'organe mobile 30 est avantageusement garanti par l'action de l'organe de retenue 60. Si une fuite d'air chaud survient, la température de l'actionneur 24 s'élève progressivement au contact de l'air chaud et, dès que cette température atteint le seuil de température prédéfini, la force induite par l'organe de retenue 60 n'est plus suffisante pour contrer la force résultant de la tendance de l'actionneur 24 à se déformer sous l'effet de la chaleur. Dès ce moment, l'organe mobile 30 se déplace en direction de l'actionneur, ce qui provoque la rupture du contact électrique entre les bornes 42 et 44.

L'unité électronique à laquelle est relié le câble 50 du détecteur de chaleur 20 détecte l'ouverture du circuit de surveillance 40 et émet un signal d'alerte par exemple à destination des pilotes de l'aéronef 8. Le fonctionnement du dispositif de détection de chaleur 20 a été décrit dans son application particulière à la détection de fuites d'air chaud au niveau de la région de raccordement 10. Bien entendu, ce détecteur de chaleur est utilisable de manière analogue dans d'autres contextes et pour d'autres applications, sans sortir du cadre de l'invention. BILBIOGRAPHIE [1] : Carter S. Haines et al., Science 343 (6173), 868-872 (2014)5

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection de chaleur (20) pour aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend un actionneur (24) qui se déforme lorsque sa température s'élève au point d'atteindre un seuil de température prédéfini, et un capteur de déplacement (28) comprenant un organe mobile (30) qui est déplacé par l'actionneur depuis une position de non détection jusqu'à une position de détection lorsque l'actionneur (24) se déforme sous l'effet d'une élévation de sa température jusqu'audit seuil de température.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'actionneur (24) est formé d'au moins un enroulement hélicoïdal d'au moins une fibre de polymère thermoplastique torsadée, ledit actionneur se déformant par élongation ou contraction selon un axe longitudinal (32) de l'enroulement hélicoïdal sous l'effet d'une élévation de sa température jusqu'audit seuil de température, et ledit actionneur (24) subissant une déformation en sens inverse sous l'effet d'un abaissement de sa température en dessous dudit seuil de température.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, comprenant un support (22), et dans lequel ledit actionneur (24) présente une première extrémité longitudinale (34) fixe par rapport au support, et une seconde extrémité longitudinale (36) opposée reliée à l'organe mobile (30) du capteur de déplacement (28), ladite seconde extrémité longitudinale (36) étant apte à se déplacer au gré des déformations dudit actionneur (24) en entraînant l'organe mobile (30) en translation selon ledit axe longitudinal (32).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les deux extrémités longitudinales (34, 36) de l'actionneur (24) sont bloquées en rotation autour de l'axe longitudinal (32).
5. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, comprenant un organe de guidage (26) autour duquel est enroulé ledit actionneur (24) et par rapport auquel se déplace ladite seconde extrémité longitudinale (36) de ce dernier.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le capteur de déplacement (28) comporte un organe de retenue (60) configuré de manière à maintenir l'organe mobile (30) dans sa position de non détection tant que la température de l'actionneur (24) est inférieure audit seuil de température.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur de déplacement (28) comprend un circuit électrique de surveillance (40), et l'organe mobile (30) du capteur de déplacement (28) est configuré pour modifier un état d'ouverture/fermeture du circuit électrique de surveillance lorsque cet organe mobile se déplace depuis sa position de non détection jusqu'à sa position de détection.
8. 8. Aéronef (8), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de détection de chaleur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. 9. Aéronef selon la revendication 8, dans lequel ledit dispositif de détection de chaleur (20) est monté en regard d'une région (10) de raccordement de deux conduites (12, 14) destinées à la circulation d'un fluide gazeux plus chaud que le milieu dans lequel s'étend le dispositif de détection de chaleur.