FR3069526A1 - Dispositif passif de securite a coussins gonflables et aeronef equipe d’un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Dispositif passif de sécurité pour réduire les dommages liés à l'impact d'un aéronef sur une surface (200), l'aéronef comprenant un fuselage (10) pourvu d'au moins un plancher (20) séparant ledit fuselage en un espace supérieur (11) et un espace inférieur (12) logés dans le fuselage, ledit dispositif de sécurité comportant au moins un coussin gonflable (30) agencé sous ledit espace supérieur, ledit au moins un coussin gonflable est placé à l'intérieur dudit espace inférieur, et est gonflé en permanence durant la vie de l'aéronef.

Description

Dispositif passif de sécurité à coussins gonflables et aéronef équipé d’un tel dispositif

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention appartient au domaine de la sécurité aérienne, elle concerne plus particulièrement un dispositif passif de sécurité à dissipation d’énergie de type sac ou coussin gonflable, communément appelé airbag, destiné à amortir les collisions avec le sol et les impacts sur eau d’un aéronef.

L’invention porte en particulier sur un aéronef équipé de sacs gonflés en permanence placés dans un volume inférieur du fuselage en dessous d’un plancher passagers par exemple.

ÉTAT DE L’ART

Les systèmes de sécurité de type airbag sont connus et largement utilisés dans l’industrie automobile. Le principe de base de ces sacs gonflables installés dans des véhicules motorisés est de servir comme coussins, amortissant le choc de la tête et du thorax d’un passager lorsque le véhicule subit une collision frontale et ou latérale. Les modes d’activation et les composants des airbags n’ont cessé d’évoluer depuis le dispositif de coussin de sécurité pour véhicules automobiles breveté en 1953 (US 2649311) par l’ingénieur américain John W. Hetrick, inventeur de l’airbag.

L’aspect pratique et efficace des airbags dans la protection contre les effets d’un choc ou d’une accélération brutale leur a valu une généralisation comme solution pour limiter les effets des impacts et collisions non désirés dans d’autres applications, pour protéger entre autres les structures des véhicules équipés, et notamment dans les technologies spatiales et astronautiques. Des ballons ou coussins gonflables ont alors été imaginés pour couvrir partiellement ou intégralement différents engins ou vaisseaux spatiaux destinés à se poser sur des sols extra-terrestres, préservant ainsi leur intégrité structurale et leur charge utile en cas d’atterrissage à grande vitesse.

Par exemple, un système d’airbag spatial a été conçu pour la prise de contact avec le sol martien de sondes américaines, telles que Mars Pathfinder, le but étant de protéger le matériel de la sonde quelle que soit l’orientation de celle-ci lors du contact avec le sol, et de résister à la fois à l’abrasion, aux chocs et aux températures extrêmes de l’environnement spatial. Ce système présente une forme de « grappe » d’airbags, quand il est déployé, et se gonfle tout autour de l’engin pour former une sorte de cocon protecteur qui permet à la sonde d’effectuer quelques dizaines de rebonds à la surface de Mars avant son immobilisation complète. Ce système d’airbags, validé par la mission Pathfinder, semble constituer à ce jour la meilleure solution en matière d’atterrissage sécurisé des engins spatiaux.

Ces solutions d’airbags externes ont connu un succès grâce à leur simplicité et à leur fiabilité dans une industrie réputée pour son haut niveau d’exigence, poussant d’autres industries, et notamment l’industrie aéronautique, à adopter des solutions similaires.

À titre d’exemple, le brevet européen EP 0869058 B1 détenu par l’État israélien divulgue un système de protection à airbag externe pour hélicoptères, ce système comprend des sacs gonflables agencés au bas du fuselage de manière à abriter l’hélicoptère dans son ensemble des dommages liés à l’impact au sol, ce système peut être déclenché manuellement ou automatiquement via des capteurs de proximité, en altitude et vitesse verticale, auquel cas les sacs gonflables, préalablement dégonflés et stockés dans des conteneurs cassables, se gonflent de gaz pour amortir l’impact de l’hélicoptère. En outre, ce système comporte des moyens pour évacuer le gaz de l’intérieur des airbags durant l’impact avec une vitesse d’évacuation déterminée pour éviter que l’hélicoptère ne rebondisse, tout en absorbant une partie importante de l’énergie de l’impact, de façon à réduire au maximum l’accélération verticale subie par les passagers.

Des solutions similaires existent et sont connues dans l’état de l’art. Les documents US 2015041584, US 2014124620 et CN 103442955 par exemple divulguent tous des systèmes d’airbags placés en bas du fuselage d’un aéronef, souvent de type hélicoptère, et qui sont rapidement déployés au moment de l’impact.

Ces systèmes d’airbags peuvent être qualifiés d’actifs car leur gonflage survient en réponse à un impact imminent, de la même façon que pour les airbags équipant des voitures. Ils nécessitent donc des capteurs d’accélération et ou de proximité, des dispositifs de déclenchement, ou générateurs de gaz, pouvant être pyrotechniques, hybrides ou de gaz froid, ainsi qu’un calculateur qui centralise les informations des différents capteurs et contrôle toutes les phases de déclenchement de l’airbag.

De plus, les systèmes d’airbags actifs requièrent des contrôles périodiques de l’étanchéité des réservoirs de gaz et emploient des techniques de détection de fuite.

Il ne sera pas rappelé ici tous les inconvénients des airbags actifs.

Parmi les principaux problèmes liés à l’utilisation de coussins gonflables actifs, figurent :

- le stockage des gaz à des pressions de quelques dizaines de bars à un millier de bars pendant toute la vie du produit ;

- la complexité de la cinématique de déploiement du coussin gonflable ;

- les risques associés à la mise en oeuvre de certains éléments pyrotechniques de type propergol solide tel que le nitrate d’ammonium.

PRÉSENTATION DE L’INVENTION

La présente invention a pour but principal de pallier les limitations de l’art antérieur en proposant une solution alternative aux airbags actifs et autres systèmes de sécurité, et qui consiste en des coussins gonflables gonflés en permanence et placés dans une partie inférieure du fuselage d’un aéronef de sorte à amortir le choc de l’aéronef en cas d’impact par le bas du fuselage. L’invention porte donc sur un dispositif passif de sécurité pour réduire les dommages liés à l’impact d’un aéronef sur une surface, l’aéronef comprenant un fuselage pourvu d’au moins un plancher séparant ledit fuselage en un espace supérieur et un espace inférieur logés dans le fuselage, ledit dispositif de sécurité comportant au moins un coussin gonflable agencé sous ledit espace supérieur.

Ce dispositif est remarquable en ce que le coussin gonflable est placé à l’intérieur de l’espace inférieur, et en ce qu’il est gonflé en permanence durant la vie de l’aéronef, depuis sa mise en service jusqu’à une étape de maintenance ou de retrait de service, ou jusqu’à un éventuel écrasement de l’aéronef.

Dans un mode de réalisation, le coussin gonflable comporte un capteur de pression permettant de mesurer une pression à l’intérieur du coussin gonflable.

Dans un mode de réalisation, le coussin gonflable comporte une entrée de gaz.

Dans le même mode de réalisation, le dispositif de sécurité comporte au moins une alimentation en gaz comprimé permettant de gonfler le coussin gonflable via l’entrée de gaz. L’alimentation en gaz comprimé est par exemple un réservoir d’air comprimé ou un compresseur de taille réduite.

Dans un mode de réalisation, le coussin gonflable comporte un dispositif d’évacuation de gaz à débit réglable.

Ce dispositif d’évacuation de gaz est par exemple une valve, une vanne ou une soupape.

De façon avantageuse, le coussin gonflable est fixé à un côté inférieur du plancher par un moyen d’attache. Le moyen d’attache est un film de colle par exemple.

Avantageusement, le coussin gonflable est gonflé à une pression initiale prédéterminée, correspondant à la pression du gaz à l’intérieur du coussin gonflable.

En outre, la pression du gaz à l’intérieur du coussin gonflable est contrôlée en permanence durant le service de l’aéronef, et est régulée de sorte à rester sensiblement égale à une pression déterminée.

Avantageusement, la pression déterminée varie en fonctions des paramètres et des données de vol de l’aéronef en temps réel.

Selon l’invention, le contrôle de la pression à l’intérieur du coussin gonflable est réalisé à l’aide du capteur de pression, et la régulation de cette pression est réalisée à l’aide de l’alimentation en gaz comprimé associé à l’entrée de gaz d’une part, en cas de dépression, et du dispositif d’évacuation de gaz d’autre part, en cas de surpression.

Selon un principe fondamental de l’invention, lors d’un impact de l’aéronef impliquant la compression du coussin gonflable, du gaz est évacué par le dispositif d’évacuation de gaz avec un débit déterminé de façon à réduire une accélération verticale de l’aéronef durant l’impact et obtenir un amortissement souhaité de l’aéronef, augmentant ainsi les chances de survie des passagers.

Dans un mode de réalisation avantageux le dispositif passif de sécurité comporte plusieurs coussins gonflables placés dans l’espace inférieur du fuselage et agencés suivant un axe longitudinal du fuselage, alignés et ou juxtaposés et ou superposés.

En particulier, les coussins gonflables sont agencés dans l’espace inférieur du fuselage de sorte à occuper une majeure partie du volume de l’espace inférieur.

L’invention porte également sur un aéronef comprenant un fuselage pourvu d’un plancher séparant le fuselage en un espace supérieur et un espace inférieur logés dans le fuselage, et équipé d’un dispositif passif de sécurité tel que décrit.

Dans un mode de réalisation avantageux, le fuselage comporte des cadres, chaque cadre présentant une forme similaire à une section transversale de l’espace supérieur au niveau de laquelle ledit cadre est situé, les cadres étant reliés par des lisses longitudinales le long du fuselage, l’ossature formée par les cadres et les lisses permettant de raidir autour de l’espace supérieur une partie supérieure d’un revêtement flexible du fuselage, et le dispositif de sécurité permet de raidir autour de l’espace inférieur une partie inférieure du revêtement flexible à l’aide du ou des coussins gonflables gonflés, exerçant une pression sur une face interne du revêtement flexible.

Dans ce cas le dispositif passif de sécurité assure une fonction d’amortisseur et une fonction d’élément structural raidissant.

Les concepts fondamentaux de l’invention venant d’être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d’autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d’exemple non limitatif des modes de réalisations d’un dispositif de sécurité et d’un aéronef le comportant conformes aux principes de l’invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les différentes figures ainsi que les éléments d’une même figure ne sont pas nécessairement représentés à la même échelle. Sur l’ensemble des figures, les éléments identiques portent le même repère.

Il est ainsi illustré en :

Figure 0 : une vue schématique de côté d’un hélicoptère équipé d’airbags actifs externes selon l’art antérieur ;

Figure 1 : une vue schématique de côté partiellement transparente d’une partie d’un avion équipé d’un dispositif de sécurité selon l’invention ;

Figure 2 : une vue en coupe transversale selon l’axe A-A du fuselage de l’avion de la figure 1 ;

Figure 3 : une vue en coupe transversale selon l’axe A-A du fuselage de l’avion de la figure 1 impacté suite à une collision avec le sol.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION

La présente invention sera décrite dans le cas particulier d’un avion 100 comprenant un fuselage 10 comportant un plancher 20 s’étendant dans un plan longitudinal du fuselage, tel que illustré sur la figure 1.

De manière générale, l’invention s’applique à tout aéronef dans lequel un plancher permet de séparer au moins un premier espace d’un second espace logés dans le fuselage dudit aéronef.

En particulier, lorsque l’avion 100 repose sur le sol, le plancher 20 s’étend dans un plan longitudinal horizontal du fuselage 10 et sépare un premier espace 11 supérieur d’un second espace 12 inférieur, logé sous le premier espace.

Dans la suite de la description, les termes «haut», «bas», «avant», « arrière », « supérieur », « inférieur » ainsi que les termes et expressions qui peuvent y être associés ou en être dérivés seront compris, sauf précision ou évidence contraire, comme ayant le sens que leur donnerait un observateur de l’avion posé au sol. Compte tenu du système d’axes représenté sur la figure 1, l’avant et le haut sont situés respectivement suivant les abscisses X et les côtes Z croissantes.

Par la suite, on dénommera espace supérieur 11, le premier espace du fuselage 10, disposé au-dessus du plancher, et espace inférieur 20, le second espace disposé sous le plancher et le premier espace.

Traditionnellement, l’espace supérieur 11 est adapté au transport de passagers et l’espace inférieur 12 constitue, en fonction de ses dimensions, une soute à bagages, un espace fonctionnel ou un espace « vide ».

L’avion 100 de la figure 1 présente une forme et une architecture proches de celles d’un avion de transport régional du constructeur ATR. Dans le cas des avions similaires aux ATR, l’espace inférieur présente une hauteur réduite en raison de la section bilobée du fuselage et n’est donc pas utilisé comme soute à bagages, mais constitue un espace vide non affecté ou à usage technique.

Il sera donc admis que l’avion 100 est un avion de transport civil courtcourrier à turbopropulseurs de type ATR-72 par exemple, ce choix n’étant pas limitatif.

Le fuselage 10 présente, sur une majeure partie de sa longueur, une forme cylindrique de section constante bilobée, de largeur supérieure à sa plus grande hauteur pour permettre un meilleur espacement des sièges passagers situés sur une même rangée suivant ladite largeur.

Le fuselage 10 présente en outre un plan de symétrie longitudinal S confondu avec un plan de symétrie longitudinal de l’avion 100. Le plan de symétrie S est vertical lorsque l’avion est posé au sol.

Le plancher 20 est agencé sur la longueur du fuselage 10 suivant un plan longitudinal, perpendiculaire au plan de symétrie S dudit fuselage, de sorte à être sensiblement parallèle à un plan horizontal quand l’avion est posé sur le sol ou est en phase de vol stabilisé.

Le plancher 20 est situé à une distance h-ι du point le plus haut du fuselage, et à une distance h₂ du point le plus bas dudit fuselage. Ainsi l’espace supérieur et l’espace inférieur 12 présentent respectivement une plus grande hauteur hi et une plus grande hauteur h₂.

Dans l’exemple considéré, la hauteur h-ι est sensiblement égale à 1.90 m, et la hauteur h₂ est sensiblement égale à 0.5 m.

L’avion 100 est équipé d’un dispositif passif de sécurité qui absorbe et dissipe une partie importante de l’énergie d’un choc survenu lors d’une collision de l’avion avec le sol par exemple, minimisant ainsi les effets du choc sur les passagers et le personnel naviguant de l’avion.

Selon un mode de réalisation, le dispositif passif de sécurité comporte des coussins gonflables 30, logés dans l’espace inférieur 12 du fuselage 10 de l’avion 100, lesdits coussins gonflables étant répartis espacés suivant un axe longitudinal du fuselage sur une majeure partie de la longueur du fuselage.

Les coussins gonflables 30 sont agencés en fonction des zones d’impact probable et de sorte à absorber l’énergie pour limiter les accélérations verticales et, dans une moindre mesure, horizontales subies par les passagers et ou le cas échéant une cargaison dans l’espace supérieur 11 du fuselage 10 lors d’un écrasement de l’avion 100.

Dans toute la description, le terme « écrasement » est employé en remplacement du terme anglais « crash » passé dans le langage courant et qui désigne un accident impliquant une collision entre un aéronef et une surface matérielle telle que le sol ou l’eau.

La figure 1 représente par exemple une configuration dans laquelle les coussins gonflables 30 sont équitablement répartis sur une partie avant et une partie arrière du fuselage, chacune desdites parties étant pourvue de trois coussins gonflables placés centrés suivant un axe longitudinal médian de l’espace inférieur 12.

Cependant, le nombre et la disposition des coussins gonflables 30 peuvent être différents suivant le besoin et la nature de l’aéronef, à condition que les coussins soient placés dans un espace inférieur du fuselage, situé entre un plancher et une enveloppe inférieure dudit fuselage.

Contrairement aux dispositifs externes connus, tel que celui illustré sur la figure 0 de l’art antérieur, conçus pour être apparents lorsqu’ils sont déployés et protéger tout autant les passagers que la structure de l’aéronef elle-même, le dispositif de l’invention est quant à lui interne, logé à l’intérieur le fuselage, et n’altère donc pas le profil aérodynamique de l’aéronef. Ainsi, les performances en vol d’un aéronef équipé d’un tel dispositif ne se trouvent pas diminuées ou perturbées par la présence dudit dispositif.

Par ailleurs, le dispositif de sécurité selon l’invention est de nature passif, autrement dit, il n’est guère nécessaire de l’activer manuellement ou qu’il s’active par lui-même de façon automatique à l’occurrence d’un écrasement ou à la détection de l’imminence de celui-ci. Le dispositif de sécurité passif présente constamment un état qui lui permet de réagir à un écrasement sans modification dudit état.

En effet, afin de garantir un fonctionnement passif du dispositif de sécurité, les coussins gonflables 30 sont gonflés en permanence depuis leur installation dans l’avion jusqu’à leur mise à l’épreuve lors d’un écrasement de l’avion.

Avant chaque vol, la pression dans chaque coussin gonflé 30 est réglée à une valeur initiale PO qui, dans un mode de mise en oeuvre, dépend de paramètres de vol comme la masse au décollage par exemple. Les pressions initiales dans les différents coussins gonflés 30 peuvent être sensiblement différentes en fonction de l’équilibrage en masse de l’avion, mais sont de préférence égales.

Les pressions dans les coussins gonflés 30 sont ensuite contrôlées durant tout le vol afin de détecter toute dépression, surpression ou fluctuation qui pourrait affecter le fonctionnement attendu des coussins lors d’une collision avec le sol ou l’eau.

Un contrôle dynamique adaptatif est donc réalisé dans chaque coussin gonflé afin de maintenir, tout au long du vol, le niveau de pression constant et égal, à une marge acceptable près, à sa valeur initiale, ou à une valeur appropriée calculée en temps réel en fonction des données de vol pour permettre une dissipation optimale de l’énergie en cas d’impact.

Le dispositif de sécurité passif comporte un calculateur, ou un module de traitement, permettant de compiler des données issues des coussins gonflés, par exemple des variables d’état des gaz telles que la pression, de traiter ces données, de les contrôler, et de commander le dispositif de sécurité en fonction d’autres données de vol comme il sera décrit plus loin.

Chaque coussin gonflé 30 est muni d’un capteur de pression 31 qui mesure la pression du gaz à l’intérieur dudit coussin et permet ainsi de communiquer cette valeur de pression au calculateur du dispositif de sécurité.

Le dispositif de sécurité comporte au moins une alimentation en gaz comprimé sous la forme d’un réservoir de gaz comprimé non représenté, de préférence d’air comprimé, ou plus simplement un compresseur prélevant de l’air sur un circuit de climatisation de l’aéronef, permettant de gonfler chaque coussin gonflable 30 via une entrée de gaz 32 qui équipe ledit coussin gonflable, la pression nécessaire pour maintenir le coussin gonflé n’étant pas élevée (quelques bars).

Dans un mode de réalisation, chaque coussin gonflable 30 comporte sa propre alimentation en gaz comprimé pour une meilleure robustesse du dispositif de sécurité et une simplification d’un réseau de distribution du gaz comprimé.

En outre, chaque coussin gonflable 30 est pourvu d’une valve calibrée 33 permettant l’évacuation de gaz en cas de surpression dans ledit coussin.

La régulation de pression dans les coussins gonflés 30 est effectuée par le calculateur, via les entrées de gaz 32 reliées aux alimentations en gaz comprimé et les vannes calibrées 33.

En effet, dans le cas d’une baisse anormale de la pression dans un coussin gonflable 30, du gaz en provenance de l’alimentation en gaz comprimé est injecté dans ledit coussin gonflable via l’entrée de gaz 32, gonflant ainsi ledit coussin gonflable de manière à compenser la baisse de pression et à rétablir la pression à sa valeur requise.

D’autre part, dans le cas d’une augmentation anormale de la pression dans un coussin gonflable 30, la vanne calibrée 33 dudit coussin gonflable s’ouvre pour libérer du gaz et rétablir la pression à sa valeur requise.

L’augmentation de la pression dans un coussin gonflable peut être inopinée lors de la phase de vol de l’avion à cause de facteurs extérieurs comme la température par exemple, mais aussi causée par un impact qui comprime le coussin gonflable.

Le dispositif passif de sécurité est en particulier conçu pour réagir efficacement aux surpressions causées par les impacts des coussins gonflés lors d’écrasements par exemple, et son fonctionnement est intimement lié aux comportements des coussins gonflés lorsqu’ils sont soumis à des surpressions brusques, brèves et élevées.

La figure 2 représente une coupe transversale du fuselage 10 de l’avion en phase de vol normale, laissant apparaitre un coussin gonflable 30 gonflé et à l’intérieur duquel règne une pression PO imposée par le calculateur.

La figure 3 représente quant à elle une coupe transversale du fuselage 10 de l’avion au moment d’une collision, à une vitesse verticale V_z, impliquant une collision avec le sol 200 d’une partie inférieure du fuselage, la partie impactée 15, au niveau du même coussin gonflable 30 que celui représenté à la figure 2.

Au moment de l’impact, à un instant donné, la pression du gaz à l’intérieur du coussin gonflable 30 atteint une valeur P1 supérieure à sa valeur initiale PO, suite à la compression que subit ledit coussin gonflable. La surpression générée, c'est-à-dire la différence entre les pressions P1 et PO, induit une ouverture de la vanne calibrée 33 qui évacue du gaz comprimé avec un débit déterminé, de la même façon qu’un airbag classique.

Le débit de chaque vanne calibrée 33 est réglé de façon à améliorer l’amortissement du choc et limiter l’accélération subie par les passagers de l’avion lors de l’impact, augmentant ainsi les chances de survie des passagers de l’avion.

La vitesse d’évacuation du gaz comprimé par les vannes calibrées 33 ne doit être ni très faible, pour éviter que l’avion ne rebondisse si la vitesse verticale d’impact n’est pas très élevée comme par exemple lors d’un atterrissage d’urgence sans sortie des trains d’atterrissage, dans ce cas les coussins gonflés agissent comme des ressorts emmagasinant une importante énergie potentielle élastique, ni très grande, car dans ce cas l’effet de l’amortissement serait négligeable et l’accélération verticale subie par les passagers ne serait pas significativement diminuée.

En outre, la vitesse d’évacuation des gaz comprimés des coussins gonflés est calculée de façon à éviter tout éclatement des coussins en cas d’impact à grande vitesse verticale.

De cette manière, le dégonflage des coussins gonflés 30 lors d’un impact permet de diminuer le pic d’accélération verticale subie par les passagers et d’assurer ainsi un amortissement, pneumatique, progressif.

En vue d’optimiser l’amortissement produit par les vannes calibrées 33 d’évacuation en fonction des paramètres de l’avion, il peut être mis en oeuvre plusieurs vannes 33 par coussin gonflable 30, en plus du réglage de la pression d’ouverture et du débit de gaz desdites vannes.

Dans un mode de réalisation, la vitesse d’évacuation, ou le débit, des gaz comprimés des coussins gonflés est directement indexée à la hauteur du plancher 20 par rapport au sol, selon une loi donnée de fonctionnement, cette hauteur peut être mesurée par des capteurs installés sur le plancher et couplés au calculateur du dispositif de sécurité. La vitesse d’évacuation est alors maximale lorsque la hauteur du plancher, après impact, est maximale c'est-à-dire au début du contact entre le sol et ou la partie impactée 15 et les coussins gonflés, et diminue progressivement jusqu’à la stabilisation ou l’immobilisation de l’avion. La stabilisation peut par exemple être une phase de glissement, auquel cas la vitesse normale, ou verticale si le plan de glissement est horizontal, est proche de zéro, ou une phase d’oscillations du fuselage sur le sol ou l’eau, auquel cas la vitesse verticale oscille entre de faibles valeurs par rapport à la vitesse verticale d’impact.

Dans l’espace inférieur 12 du fuselage 10, chaque coussin gonflable 30 est fixé au plancher 20 par au moins une face inférieure du plancher, par exemple aux traverses, via un moyen de fixation 34, ledit moyen de fixation présentant au moins un point d’attache entre ledit coussin gonflable et le plancher.

Le moyen de fixation 34 est par exemple un film de colle reliant entre elles au moins une surface de contact du coussin gonflable 30 et au moins une surface de contact sur la face inférieure du plancher 20.

Les coussins gonflables 30 peuvent être fixés au plancher 20 par différents moyens de fixation 34, à condition que ces moyens empêchent des déplacements importants des coussins gonflables par rapport à leurs emplacements souhaités dans l’espace inférieur 12, et maintiennent les coussins gonflables proches de leurs emplacements souhaités lors d’un écrasement.

Avantageusement, chaque coussin gonflable 30 gonflé à une pression de service, sa pression initiale PO, présente une forme géométrique qui épouse la forme géométrique d’au moins une majeure partie de l’espace occupé par ledit coussin gonflable dans l’espace inférieur 12 du fuselage 10. Ceci permet une meilleure répartition des efforts lors d’un impact de l’avion.

Par ailleurs, les coussins gonflables 30 sont dimensionnés pour résister aux frottements directs avec le sol à des vitesses de glissement proches des vitesses de décollage et d’atterrissage de l’avion.

Le dispositif passif de sécurité tel qu’il vient d’être décrit peut être directement intégré aux fuselages conventionnels des avions sans modification majeure de la structure de ces fuselages, du moment que ces fuselages disposent d’un espace inférieur, sous un plancher, dans lequel pourront être logés les coussins gonflables.

Cependant, la structure d’un fuselage d’avion peut être modifiée avant et avec l’incorporation du dispositif passif de sécurité tel que décrit.

Selon un agencement structural connu, le fuselage comporte des cadres transversaux reliés par des longerons et des lisses longitudinales suivant toute la longueur d’au moins un tronçon complet du fuselage, chaque cadre présentant une forme similaire à la forme d’une section droite du fuselage au niveau dudit cadre. Les cadres structuraux déterminent une ossature sur laquelle s’appuie un revêtement de fuselage mince, par rapport aux autres dimensions du fuselage, qui recouvre l’ossature. Ce revêtement, usuellement dénommé peau du fuselage, détermine les propriétés aérodynamiques du fuselage.

Dans le mode de réalisation illustré, la structure du fuselage 10 se distingue des structures conventionnelles au niveau de l’espace inférieur 12.

En effet, les cadres sont réalisés à la forme des sections transversales de l’espace supérieur 11. Ainsi, chaque cadre comporte une partie supérieure cintrée et fermée au niveau du plancher 20 par une traverse droite. La forme de chaque cadre est tronquée au niveau d’une corde qui se confond avec le plancher. La peau du fuselage n’est donc pas raidie par les cadres autour de l’espace inférieur 12 du fuselage comme c’est le cas de la peau entourant l’espace supérieur 11.

Cependant, les coussins gonflables 30 placés dans l’espace inférieur 12, en exerçant une pression statique sur une face interne de la peau, ont pour effet de raidir ladite peau au niveau de cet espace inférieur en raison de sa forme tendue naturellement concave en continuité de sa concavité au niveau de l’espace supérieur. Cet effet sera d’autant mieux obtenu que les coussins épousent au mieux la forme de l’espace inférieur.

Avec cette configuration et lorsqu’une collision survient, provoquant un impact de l’avion par le bas du fuselage, la peau du fuselage au niveau de la partie impactée 15 peut rompre à des endroits privilégiés et laisser soit un contact direct s’installer rapidement entre les coussins gonflables 30 et le sol, soit un contact persistant de la peau avec le sol.

Lors de la conception de la structure du revêtement de la partie inférieure du fuselage, il sera avantageusement introduit des zones de rupture préférentielles dudit revêtement de sorte que des éléments structuraux rompus ne risquent pas de détériorer ou déchirer les coussins gonflables.

Dans le mode de réalisation illustré, chaque coussin gonflable 30 du dispositif passif de sécurité assure deux fonctions distinctes, une fonction énergétique lorsqu’il agit en tant qu’amortisseur durant un impact, et une fonction structurale car intégré en tant qu’élément raidissant au reste de la structure du fuselage.

La fonction structurale du dispositif passif de sécurité dans un fuselage présente un réel avantage par rapport aux structures conventionnelles de fuselages, en particulier en cas d’écrasement. En effet, en raison de l’absence d’éléments rigides, tels que des parties inférieures de cadres et des lisses, dans l’espace inférieur 12 du fuselage 10 illustré, la reprise d’efforts par les éléments structuraux rigides de l’espace supérieur 11 se trouve fortement atténuée en cas de collision par le bas du fuselage comme représenté à la figure 3. La peau est partiellement rompue au niveau de la partie impactée 15 et les coussins gonflables 30 absorbent une importante partie de l’énergie du choc, préservant ainsi le reste de la structure supérieure du fuselage. A contrario, l’impact d’un fuselage conventionnel se fait nécessairement par ses éléments rigides inférieurs qui sont enveloppés par la peau impactée. Dans ce cas, les efforts se propagent sans aucune atténuation jusqu’aux éléments rigides supérieurs et provoquent des dégâts et des ruptures dans toute la structure du fuselage, en particulier dans les structures composites qui présentent une rupture fragile accrue si elles ne sont pas conçues pour dissiper de l’énergie.

Par conséquent, en cas d’écrasement, les chances de survie dans un fuselage selon le mode de réalisation illustré sont supérieures aux chances de survie dans des fuselages conventionnels.

Le raidissement d’une partie de la peau avec les coussins gonflés permet également un allégement avantageux de la structure en raison d’une réduction du périmètre des cadres et du nombre de longerons et de lisses.

Le dispositif passif de sécurité selon l’invention peut être appliqué à différents types d’aéronefs comme des avions conventionnels, des appareils à voilures tournantes, des planeurs, des avions sans pilotes, des avions à décollage et atterrissage verticaux, des montgolfières, et tout autre véhicule volant, en particulier susceptibles de subir des écrasements à vitesses verticales excessives.

Le dispositif passif de sécurité selon l’invention peut également être installé dans des conteneurs destinés à être largués en hautes ou basses altitudes avec ou sans parachutes.

Le dispositif passif de sécurité tel que décrit présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs actifs existants, il ne nécessite pas d’installation complexe et ne comporte pas de dispositifs pyrotechniques ou autres générateurs de gaz. Il fonctionne sans capteurs d’accélération et de proximité, ou un boîtier électronique pour la gestion du gonflage.

Ces solutions actives peuvent donc s’avérer encore plus critiques dans un domaine qui n’est pas familiarisé avec leur utilisation et qui exige de très hauts niveaux de sécurité comme l’aéronautique.

Le dispositif passif de sécurité décrit est avantageusement opérationnel en permanence. Il ne possède donc pas de conditions de déclenchement et n’implique aucune action humaine. Par exemple, le dispositif fonctionne même en cas de défaillance empêchant la sortie d’un train d’atterrissage.

Claims (18)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de sécurité pour réduire les dommages liés à l’impact d’un aéronef (100) sur une surface (200), l’aéronef comprenant un fuselage (10) pourvu d’au moins un plancher (20) séparant ledit fuselage en un espace supérieur (11) et un espace inférieur (12) du fuselage, ledit dispositif de sécurité comportant au moins un coussin gonflable (30) agencé sous ledit espace supérieur, caractérisé en ce que ledit au moins un coussin gonflable est placé à l’intérieur dudit espace inférieur, et en ce que ledit au moins un coussin gonflable est gonflé en permanence durant la vie de l’aéronef.
2. 2. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un coussin gonflable (30) comporte un capteur de pression (31) permettant de mesurer une pression à l’intérieur dudit au moins un coussin gonflable.
3. 3. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel ledit au moins un coussin gonflable (30) comporte une entrée de gaz (32).
4. 4. Dispositif de sécurité selon la revendication 3, comportant au moins une alimentation en gaz comprimé permettant de gonfler ledit au moins un coussin gonflable (30) via l’entrée de gaz (32).
5. 5. Dispositif de sécurité selon la revendication 4, dans lequel ladite au moins une alimentation en gaz comprimé est un réservoir d’air comprimé ou un compresseur.
6. 6. Dispositif de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un coussin gonflable (30) comporte un dispositif d’évacuation de gaz (33) à débit réglable.
7. 7. Dispositif de sécurité selon la revendication 6, dans lequel le dispositif d’évacuation de gaz (33) est une valve, une vanne ou une soupape.
8. 8. Dispositif de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un coussin gonflable (30) est fixé à un côté inférieur du plancher (20) par un moyen d’attache (34).
9. 9. Dispositif de sécurité selon la revendication 8, dans lequel le moyen d’attache (34) est un film de colle.
10. 10. Dispositif de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un coussin gonflable (30) est gonflé à une pression initiale prédéterminée, correspondant à la pression du gaz à l’intérieur dudit au moins un coussin gonflable.
11. 11. Dispositif de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pression du gaz à l’intérieur dudit au moins un coussin gonflable (30) est contrôlée en permanence durant le service de l’aéronef, et est régulée de sorte à rester sensiblement égale à une pression déterminée.
12. 12. Dispositif de sécurité selon la revendication 11, dans lequel la pression déterminée varie en fonctions des paramètres et des données de vol de l’aéronef.
13. 13. Dispositif de sécurité selon la revendication 11 prise en combinaison avec les revendications 2, 4 et 6, dans lequel le contrôle de la pression à l’intérieur dudit au moins un coussin gonflable (30) est réalisé à l’aide du capteur de pression (31), et dans lequel la régulation de ladite pression est réalisée à l’aide de l’alimentation en gaz comprimé associé à l’entrée de gaz (32) d’une part, et du dispositif d’évacuation de gaz (33) d’autre part.
14. 14. Dispositif de sécurité selon la revendication 13, dans lequel lors d’un impact de l’aéronef impliquant la compression dudit au moins un coussin gonflable (30), du gaz est évacué par le dispositif d’évacuation de gaz (33) avec un débit déterminé de façon à réduire une accélération verticale de l’aéronef durant l’impact et obtenir un amortissement souhaité dudit aéronef.
15. 15. Dispositif de sécurité selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant plusieurs coussins gonflables (30) placés dans l’espace inférieur (12) du fuselage (10) et agencés suivant un axe longitudinal dudit fuselage.
16. 16. Dispositif de sécurité selon la revendication 15, dans lequel les coussins gonflables (30) sont agencés dans l’espace inférieur (12) du fuselage (10) de sorte à occuper une majeure partie du volume dudit espace inférieur.
17. 17. Aéronef (100) comprenant un fuselage (10) pourvu d’un plancher (20) séparant ledit fuselage en un espace supérieur (11) et un espace inférieur (12) logés dans le fuselage, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de sécurité selon l’une des revendications précédentes.
18. 18. Aéronef selon la revendication 17, dans lequel le fuselage (10) comporte des cadres, chacun desdits cadres présentant une forme similaire à une section transversale de l’espace supérieur (11) au niveau de laquelle ledit cadre est situé, lesdits cadres étant reliés par des lisses longitudinales le long dudit fuselage, lesdits cadres et lesdites lisses permettant de raidir autour dudit espace supérieur une partie supérieure d’un revêtement flexible dudit fuselage, et dans lequel le dispositif de sécurité permet de raidir autour de l’espace inférieur (12) une partie inférieure dudit revêtement flexible à l’aide dudit au moins un coussin gonflable (30) gonflé, exerçant une pression sur ledit revêtement flexible.