FR3098762A1 - Système de vérification de la pression de gonflage de pneumatiques d’aéronef - Google Patents
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Abstract
Système de vérification de la pression de gonflage de pneumatiques d’aéronef Système de vérification de la pression de gonflage de pneumatiques d’aéronef comprenant un capteur de pression porté par chacune des jantes de roues d’aéronef et délivrant une pression de gonflage pour chacun des pneumatiques montés sur ces jantes, une unité de traitement assurant la conversion des différentes pressions de gonflage de pneumatiques en des valeurs exploitables par un dispositif d’affichage mettant ces différentes pressions de gonflage de pneumatiques à la disposition d’un pilote ou d’un opérateur de maintenance, l’unité de traitement étant répartie dans chacun des capots de roues d’aéronef et configurée d’une part pour communiquer avec le capteur de pression de la roue via une liaison de communication sans fil à courte distance et d’autre part pour assurer la transmission de la pression de gonflage de pneumatiques issue du capteur de pression vers le dispositif d’affichage via une liaison de communication sans fil à moyenne portée. Figure pour l’abrégé : Fig. 2.
Description
La présente invention concerne un procédé et un système de vérification de la pression de gonflage des pneumatiques d’aéronef durant différentes phases de vol ou dans le cadre d’opérations de maintenance.
Depuis le poste de pilotage ou durant des opérations de maintenance, il est utile de connaitre la pression des pneumatiques des différentes roues du train d’atterrissage d’un aéronef.
A cet effet, il est connu de recourir à un capteur de mesure de la pression des pneumatiques d’un tel aéronef directement installé sur la roue. Ce capteur connu sous l’appellation de TPMS (pour « Tire Pressure Monitoring System »), couplé à un système de traitement de données embarqué, permet aux pilotes d’avoir un affichage dans le poste de pilotage de l’état de la pression de chacun des pneumatiques au cours des différentes phases de vol. Durant les opérations de maintenance, les opérateurs, en se déplaçant dans le poste de pilotage, peuvent aussi consulter cet affichage afin d’obtenir l’information souhaitée.
Chaque TPMS monté sur une jante de la roue est alimenté et communique à l’aide d’un câble le reliant à un contact tournant installé dans le moyeu de la roue. Or, cette connectique filaire, soumise à un environnement sévère en termes de chocs, les câbles pouvant par exemple être arrachés lors d’activités humaines autour des roues, de vibration, notamment lors des entrées/sorties du train d’atterrissage, et de température est un point de faiblesse du système.
Une alternative connue à ce problème a été soit de protéger le câble d’alimentation/communication à l’aide d’un bras mécanique soit de supprimer le contact tournant grâce à une adaptation électromagnétique. Si ces deux solutions ont permis chacune d’améliorer la fiabilité et de mieux garantir la durée de vie du système, elles se sont faites malheureusement au prix d’une augmentation de l’encombrement sur la roue.
Aussi, la demanderesse a proposé dans son brevet FR2822755 de supprimer l’architecture filaire antérieure et de la remplacer par un système de communication sans fil entre chacune de roues comportant un capteur de pression et munie d’une antenne tournante et une unité d’exploitation éloignée du train d’atterrissage et munie d’une antenne fixe, cette unité d’exploitation étant seule en liaison filaire avec le poste de pilotage.
Si cette solution donne globalement satisfaction, elle souffre encore de certains inconvénients en regard des objectifs actuels des constructeurs aéronautiques consistant à diminuer la consommation de carburant de leurs appareils (donc essentiellement leurs masses) et à améliorer leur disponibilité, c’est à dire notamment les temps d’immobilisation (et temps d’installation/désinstallation) de ces appareils durant les opérations de maintenance.
L’invention se propose donc de répondre à ces nouveaux enjeux, de réduction de l’encombrement et optimisation des temps de maintenance, tout en assurant sa mission principale, à savoir la mise à disposition d’une information fiable pour les pilotes comme pour les opérateurs de maintenance.
Ces buts sont atteints par un système de vérification de la pression de gonflage de pneumatiques d’aéronef comprenant :
- un capteur de pression porté par chacune des jantes de roues d’aéronef et délivrant une pression de gonflage pour chacun des pneumatiques montés sur ces jantes,
- un module de gestion autonome en énergie assurant la conversion des différentes pressions de gonflage de pneumatiques en des valeurs exploitables par un dispositif d’affichage mettant ces différentes pressions de gonflage de pneumatiques à la disposition d’un pilote ou d’un opérateur de maintenance,
caractérisé en ce que le module de gestion autonome est réparti dans chacun des capots de roues d’aéronef et est configuré d’une part pour communiquer avec le capteur de pression de la roue via une liaison de communication sans fil à courte distance et d’autre part pour assurer la transmission de la pression de gonflage de pneumatiques issue du capteur de pression vers le dispositif d’affichage via une liaison de communication sans fil à moyenne portée.
- un capteur de pression porté par chacune des jantes de roues d’aéronef et délivrant une pression de gonflage pour chacun des pneumatiques montés sur ces jantes,
- un module de gestion autonome en énergie assurant la conversion des différentes pressions de gonflage de pneumatiques en des valeurs exploitables par un dispositif d’affichage mettant ces différentes pressions de gonflage de pneumatiques à la disposition d’un pilote ou d’un opérateur de maintenance,
caractérisé en ce que le module de gestion autonome est réparti dans chacun des capots de roues d’aéronef et est configuré d’une part pour communiquer avec le capteur de pression de la roue via une liaison de communication sans fil à courte distance et d’autre part pour assurer la transmission de la pression de gonflage de pneumatiques issue du capteur de pression vers le dispositif d’affichage via une liaison de communication sans fil à moyenne portée.
Ainsi, l’invention permet de diminuer voir supprimer l’encombrement actuel des équipements au niveau de la roue ainsi que le nombre de câbles. Elle apporte une solution d’autonomie au système de vérification de la pression de gonflage des pneumatiques à l’aide des batteries placées dans le capot de roue, ce placement particulier améliorant en outre l’équilibrage de la roue en réduisant la quantité de masse tournante au niveau du capteur de pression. De la sorte, on peut augmenter l’autonomie du capteur de pression selon le nombre et la puissance des batteries embarquées sans créer de problème d’équilibrage de la roue.
Le système peut comporter éventuellement un module intermédiaire embarqué dans l’aéronef et au travers duquel est relayée la transmission de la pression de gonflage vers le dispositif d’affichage via la liaison de communication sans fil à moyenne portée.
Le dispositif d’affichage peut être un dispositif portatif ou un dispositif intégré au cockpit de l’aéronef et le capteur de pression peut aussi être un capteur de pression et de température délivrant également la température du pneumatique.
De préférence, le capteur de pression comporte un transducteur pour convertir la pression interne du pneumatique en un signal électrique, une unité de traitement pour associer à ce signal électrique une donnée de pression ainsi qu’au moins une donnée d’identifiant du pneumatique, et un moyen de communication sans fil à courte distance associé à une antenne pour transférer ces données vers le module de gestion.
Avantageusement, le module de gestion autonome comporte un moyen de communication sans fil à courte distance associé à une antenne pour recevoir les données issues du capteur de pression, une unité de traitement pour mettre en forme et si besoin adjoindre une ou plusieurs informations de surveillance permettant une détection de pannes, un moyen de communication sans fil à moyenne portée associé à une antenne pour transférer l’ensemble des données ainsi collectées vers le dispositif d’affichage, et une batterie.
De préférence, le module de gestion autonome est monté dans une case à équipement intégrée sous le capot de roue et comporte une trappe d’accès pour permettre le changement ou la recharge d’un ou plusieurs éléments de batterie.
Avantageusement, l’unité de traitement du module de gestion comporte en outre une horloge pour assurer un horodatage des données et est aussi configurée pour assurer un chiffrement de ces données, préférentiellement via une signature du type AES 128.
De préférence, la batterie, rechargeable ou non, assure l’alimentation en énergie à la fois du module de gestion autonome et du capteur de pression via la liaison de communication sans fil à courte distance.
Avantageusement, la communication sans fil à courte distance s’effectue sur une fréquence comprise entre 100 kHz et 150 kHz ou dans une bande de fréquence NFC autour de 13MHz et la communication sans fil à moyenne portée sur la bande ISM à 2,4GHz ou la bande WAIC entre 4,2 et 4,4 GHz selon un protocole de communication conforme à la norme 802.15.4 ou tout autre protocole analogue.
L’invention concerne également un aéronef comportant un système de vérification de la pression de gonflage de pneumatiques d’aéronef tel que précité.
Sur la figure 1 est représenté de façon très schématique un aéronef 10 équipé d’un système 12, conforme à l’invention, de vérification de la pression de gonflage de chacune des roues de cet aéronef.
Dans l’exemple illustré, cet aéronef est pourvu d’une part à l’avant d’un premier élément 14 de train d’atterrissage comportant deux roues 16 montées sur un axe commun à l’extrémité d’une première jambe 18 de train d’atterrissage et d’autre part, sensiblement au centre de l’appareil, de part et d’autre de son axe longitudinal, des deuxième et troisième éléments 20 de train d’atterrissage (seul le deuxième apparait sur la figure) comportant chacun par exemple quatre roues 22 montées sur deux axes communs parallèles à l’extrémité d’une deuxième jambe 24 de train d’atterrissage.
A chaque pneumatique équipant une roue de l’aéronef correspond un capteur de pression 26 porté par la jante 28 de la roue et une antenne 30 dite tournante car elle suit la rotation de la roue, par l’intermédiaire de laquelle au moins l’information de pression issue du capteur de pression sera transférée à un module d’affichage disposé à l’écart de cette roue. Ce module d’affichage qui permet l’affichage des différentes pressions de gonflage issues des différents pneumatiques est de préférence un dispositif portatif à destination d’un pilote 32A ou d’un opérateur de maintenance 32B mais il peut également être un dispositif solidaire de la structure de l’aéronef et fixé à demeure dans le cockpit de l’aéronef.
Comme le montre la figure 2, ce capteur de pression 26 qui comporte un transducteur 260 adapté pour convertir la pression interne du pneumatique en un signal électrique et une unité de traitement 262 pour associer à ce signal électrique une valeur de pression ainsi qu’au moins un identifiant du pneumatique concerné, comporte également un moyen de communication sans fil à courte distance 264 associé à une antenne 266 pour le transfert de ces informations de pression et d’identification vers un module de gestion autonome en énergie 34.
Ce module de gestion autonome 34 comporte quant à lui un moyen de communication sans fil à courte distance 340 associé à une antenne 342 pour la réception des informations de pression et d’identification issues du capteur de pression 26, une unité de traitement 344 pour leur mise en forme et l’adjonction d’une ou plusieurs informations de surveillance (comme l’état de la batterie, l’état de la communication, etc…) permettant la détection de pannes ainsi que, préférentiellement, le chiffrement de ces informations (via une signature du type AES 128 par exemple), un moyen de communication sans fil à moyenne portée 346 associé à l’antenne 30 pour le transfert de l’ensemble des informations ainsi collectées vers le dispositif portatif d’affichage 32A, 32B (éventuellement via un module intermédiaire, non illustré, embarqué dans l’aéronef et relayant ces informations par l’intermédiaire de moyens de communication sans fil à moyenne portée et d’une antenne fixe destinée à communiquer avec l’antenne tournante), et une batterie 348.
Cette batterie, qui peut être rechargeable ou non, assure, outre l’alimentation en énergie du module de gestion autonome 34, l’alimentation en énergie du capteur de pression et de son unité de traitement via la liaison de communication sans fil à courte distance 264-340 (télé-alimentation).
Typiquement, la communication sans fil à courte distance s’effectue sur une fréquence comprise entre 100 kHz et 150 kHz ou sur une bande de fréquence de type NFC (pour « Near Field Communication) autour de 13MHz et la communication moyenne portée sur la bande ISM (pour Industriel, Scientifique et Médical) à 2,4GHz ou la bande WAIC (pour « Wireless Avionics Intra-Communications) entre 4,2 et 4,4 GHz. Le protocole de communication sera de préférence conforme à la norme 802.15.4 ou tout autre protocole analogue.
La liaison de communication sans fil à courte distance 264-340 évite le recours à un contact tournant (mécanique ou électromagnétique) et à un câble électrique de liaison pour relier le capteur de pression 26 au module de gestion 34, et en outre elle facilite le remplacement de ce capteur de pression sans avoir besoin de déconnection, ce qui améliore la fiabilité du système. L’ensemble des informations transférées via cette liaison est avantageusement horodaté grâce à une horloge 350 à laquelle l’unité de traitement 344 du module 34 est avantageusement connectée.
On notera que le rendement de cette liaison de communication sans fil à courte distance dimensionne l’énergie à mettre à disposition du capteur de pression. Ceci dimensionne donc la taille de la case à équipement, la durée de vie de la batterie et donc la fréquence de la maintenance.
Comme illustré aux figures 3 et 4, le module de gestion autonome 34 est monté dans une case à équipement, ou boitier 36, intégrée sous l’enjoliveur de la roue (le capot de roue 38) au niveau du centre de rotation de la roue et comporte une porte ou trappe d’accès 360 pour permettre notamment le changement ou la recharge de la batterie 348. De préférence, cette batterie sera formée de plusieurs éléments (par exemple 348A-348D) qui seront répartis judicieusement dans la case à équipement et auront de préférence une masse inférieure à 200g pour éviter tout balourd et ainsi permettre un équilibrage de la roue sans devoir rajouter d’organe supplémentaire tout en étant moins sensible aux accélérations centripètes (classiquement de l’ordre de 1000g pendant 30s à 1500g pendant 3s) que si ces éléments de batterie avaient été disposés au niveau du capteur de pression.
On notera que si la description qui précède fait référence à un unique capteur de pression, il est clair que l’invention trouve aussi application à un capteur de pression et de température délivrant également la température du pneumatique.
Enfin, l’environnement thermique dans le capot de roue est plus favorable qu’au niveau du capteur, les températures les plus élevées présentant jusqu’à 50°C de moins. Ainsi, en plaçant une partie de l’électronique dans le capot de roue, on améliore fortement la durée de vie de cette électronique.
Claims (11)
- Système de vérification de la pression de gonflage de pneumatiques d’aéronef comprenant :
un capteur de pression (26) porté par chacune des jantes (28) de roues d’aéronef et délivrant une pression de gonflage pour chacun des pneumatiques montés sur ces jantes,
un module de gestion autonome en énergie (34) assurant la conversion des différentes pressions de gonflage de pneumatiques en des valeurs exploitables par un dispositif d’affichage (32A, 32B) mettant ces différentes pressions de gonflage de pneumatiques à la disposition d’un pilote ou d’un opérateur de maintenance,
caractérisé en ce que le module de gestion autonome est réparti dans chacun des capots de roues d’aéronef (38) et est configuré d’une part pour communiquer avec le capteur de pression de la roue via une liaison de communication sans fil à courte distance (264, 266 ; 340, 342) et d’autre part pour assurer la transmission de la pression de gonflage de pneumatiques issue du capteur de pression vers le dispositif d’affichage via une liaison de communication sans fil à moyenne portée (346, 30 ; 32A, 32B). - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un module intermédiaire embarqué dans l’aéronef et au travers duquel est relayée la transmission de la pression de gonflage vers le dispositif d’affichage via la liaison de communication sans fil à moyenne portée.
- Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d’affichage est un dispositif portatif ou un dispositif intégré au cockpit de l’aéronef.
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur de pression est un capteur de pression et de température délivrant également la température du pneumatique.
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capteur de pression comporte un transducteur (260) pour convertir la pression interne du pneumatique en un signal électrique, une unité de traitement (262) pour associer à ce signal électrique une donnée de pression ainsi qu’au moins une donnée d’identifiant du pneumatique, et un moyen de communication sans fil à courte distance (264) associé à une antenne (266) pour transférer ces données vers le module de gestion (34).
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le module de gestion autonome comporte un moyen de communication sans fil à courte distance (340) associé à une antenne (342) pour recevoir les données issues du capteur de pression (26), une unité de traitement (344) pour mettre en forme et si besoin adjoindre une ou plusieurs informations de surveillance permettant une détection de pannes, un moyen de communication sans fil à moyenne portée (346) associé à une antenne (30) pour transférer l’ensemble des données ainsi collectées vers le dispositif d’affichage (32A, 32B), et une batterie (348).
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le module de gestion autonome (34) est monté dans une case à équipement (36) intégrée sous le capot de roue (38) et comporte une trappe d’accès (360) pour permettre le changement ou la recharge d’un ou plusieurs éléments de batterie (348 ; 348A-348D).
- Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’unité de traitement du module de gestion comporte en outre une horloge (350) pour assurer un horodatage des données et est aussi configurée pour assurer un chiffrement de ces données, préférentiellement via une signature du type AES 128.
- Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la batterie (348), rechargeable ou non, assure l’alimentation en énergie à la fois du module de gestion autonome (34) et du capteur de pression (36) via la liaison de communication sans fil à courte distance (264, 340).
- Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la communication sans fil à courte distance s’effectue sur une fréquence comprise entre 100 kHz et 150 kHz ou dans une bande de fréquence NFC autour de 13MHz et la communication sans fil à moyenne portée sur la bande ISM à 2,4GHz ou la bande WAIC entre 4,2 et 4,4 GHz selon un protocole de communication conforme à la norme 802.15.4 ou tout autre protocole analogue.
- Aéronef comportant un système de vérification de la pression de gonflage de pneumatiques d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
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2019
- 2019-07-19 FR FR1908236A patent/FR3098762B1/fr active Active
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