Brevet FR2498385A1 — publié le 19820723

La présente invention concerne un dispositif de distri- bution de courant électrique à sécurité sur engin volant léger équipé pour le vol aux instruments. Actuellement la source d'énergie électrique du tableau de bord d'un avion léger est du ai8me type que celle d'un véhicule automobile terrestre, à savoir, une batterie, 12 ou 24 Volts, et un générateur-alternateur couplé avec le moteur. Cet ensemble est généralement suivi d'une bus de distribution o viennent se brancher les différents équipe- mente de navigation et de radio. Cela reste vrai pour les avions équipés pour le vol aux instruments (vol sans visibilité). Alors que, pour des raisons de sécurité, les instru- ments de navigation et de radio sont doublés, cela n'est malheureusement pas le cas pour le réseau de distribution de l'énergie électrique, puisque la distribution de cette énergie est en général assurée par une seule bus. On comprend facilement les dangers potentiels qui résultent de cette situation. En effet, si un défaut, tel un court- circuit sur le générateur ou la mise hors circuit de ce dernier survient, l'avion risque, à plus ou moins brève échéance, de se trouver sans énergie électrique pour ses instruments de vol. Bien que l'avion puisse continuer à voler sans énergie électrique sur son tableau de bord, une telle panne présente deux types de dangers.Le premier danger est celui de perdre l'usage de ses équipements de navigation, et le second danger est dû au fait que les avions légers, équipés pour le vol aux instruments, empruntent de plus en plus souvent les couloirs aériens et 3 risquent donc la collision avec un gros porteur. En fait, en cas d'apparition d'un défaut sur le générateur, la batterie ou la bus principale de distribution, le pilote a besoin de connaltre autant que possible l' origine du défaut et de pouvoir disposer d'énergie pendant un certain laps de temps pour écourter ou terminer s'il le faut son vol. A cet effet, l'invention propose un dispositif de distribution de courant électrique à sécurité sur engin volant léger équipé pour le vol aux instruments, avec au moins un ensemble de navigation comportant un instrument et un instrument de secours, cet ensemble étant desservi par un réseau d'alimentation électrique avec comme sources une batterie et un générateur, dispositif caractérisé en ce que le réseau comporte une bus-batterie et une bus- générateur desservant respectivement l'un des instruments de chaque ensemble de navigation, un couplage entre les deux bus par un disjoncteur télécommandable, ce disjoncteur étant asservi à un détecteur de défaut à deux entrées respectivement reliées à deux bornes du disjoncteur et deux bornes d'alimentation respectivement reliées au générateur et à la batterie. Ce dispositif présente pour avantage d'isoler le défaut dès son apparition et permet au pilote de déterminer quel est le type du défaut. Comme chaque instrument de navigation est double,ainsi que la radio, l'avion peut continuer à voler avec en tous cas la moitié de ses instruments qui demeure alimentée, quelle que soit l'origine du défaut. En effet, si le défaut a pour origine la batterie, l'avion pourra continuer à voler avec les instruments de navigation et la radio qui sont raccordés à la bus-générateur. Au contraire, si le défaut a pour origine le générateur, 1' avion pourra continuer à voler sur les instruments qui sont raccordés sur la bus-batterie. Dans ce dernier cas, le pilote sait qu'il lui reste une autonomie restreinte de navigation et d'emploi de sammUo. Par contre, dil'ne fonctionne que sur le générateur, le pilote sait qu'il lui reste une autonomie indéfinie mais par contre, qu'il n'a plus d'équipement de secours. Dans les deux cas le pilote peut, en connaissance de cause, prendre une décision concernant la poursuite ou l'arrêt de son vol. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe du dispositif selon l'invention; la figure 2 est un schéma montrant plus en détail un dispositif selon l'invention; - la figure 3 est un schéma de principe d'un module de détection et de commande selon l'invention; - la figure 4 est un schéma de principe d'un module de contrôle de la tension du générateur; - la figure 5 est un schéma de principe montrant divers cas de mise sous tension de la lampe défaut. Selon la forme de réalisation choisie et représentée à la figure 1, une batterie BAT est couplée à un générateur G par l'intermédiaire d'une part, d'un disjoncteur commandé à distance DCAD, d'autre part, par une masse commune M. Deux bus de distribution BI et B2 sont respectivement raccordées & la batterie BAT et au générateur G. Des bus secondaires B21, B22 B2N et B11, B12 et B1N sont respectivement raccor- dées aux bus principales BI et B2. Des instruments de navi- gation doublés (non représenté) sont raccordés, l'instrument normal étant raccordé soit sur l'une des bus secondaires raccordées à la bus BI, soit sur l'une des bus secondaires raccordées à la bus B2; bien entendu, l'instrument secours est raccordé sur l'autre bus. Le disjoncteur DCAD disposé sur le tableau de bord de l'avion peut être mis en oeuvre de trois façons: - par surcharge électrique - par télécommande de sa bobine de déclenchement BD par un module de détection et de commande MDI dont le rôle et le fonctionnement vont être expliqués en regard des figures suivantes - par ouverture manuelle du pilote Sur la figure 2 on reconna!t la batterie BAT et le générateur G. Un régulateur R est raccordé au générateur G par l'intermédiaire d'un interrupteur IE de coupure de 1' excitation. On retrouve aussi les deux bus BI et B2 auxquel- les sont raccordées les bus secondaires citées plus haut. Ces bus secondaires sont raccordées aux bus principales par l'intermédiaire de disjoncteurs de sécurité DJ11, DJ12, DJ1N, DJ21, DJ22, DJ2%. L'homme de l'art remarquera sur ce schéma les contacteurs, boutonspoussoirs et prises classiques correspondant aux divers états de circuit électrique de 1' avion au sol ou en vol. Ainsi, une prise de parc PP est prévue lors de la mise au repos de l'avion. Le branchement de cette prise de parc sur une source d'énergie extérieure à l'avion, met sous tension une bobine-relais BPP qui fait venir un contacteur de prise parc CPP en position de travail, isolant ainsi la batterie des bus de distribution BI et B2. Pour le démarrage il est prévu une bobine-relais BS de démarrage qui est mise sous tension par un bouton-poussoir de démarrage BPD. La bobine BS permet à un contacteur de démarrage CS de venir en position travail, mettent ainsi sous tension le démarreur. Ues liaisons électriques entre le contacteur OS et le démarreur sont représentées schéma- tiquement par une flèche ST. Un interrupteur OC à deux contacts d et e est commandé par une clé de contact (non représentée). Le contact e met sous tension une bobine BL par l'intermédiaire d'une diode anti-retour D3 et d'un fusible de protection F4. La bobine BL fait d'une part venir un contact CL de ligne en position de travail et d'autre part ouvrir un contact CD isolant ainsi un indicateur de défaut-batterie DFB dont une des bornes est à la masse. Le contact d de l'interrupteur CC est placé en série dans le circuit de mise sous tension de 1' - indicateur DFB. Ce circuit comporte une diode anti-retour D4 et un fusible de protection F6 reliés au générateur G. A l'arrêt, quand la clé de contact est enlevée, le contact e de l'interrupteur CC relie la bobine BL à la masse par l' intermédiaire d'une résistance Rc et le contact d ouvre le circuit de l'indicateur DFB. Un condensateur C se trouve en parallèle sur la bobine BL. Un fusible F3 de sécurité est disposé entre la masse et la batterie et d'autres fusibles FI, F2 et F7 protègent de manière usuelle divers circuits. Le module de détection et de commande MD1 comporte neuf bornes: - la borne AI reliée au générateur G; - la borne A2 reliée au pôle positif de la batterie BAT; - une borne H reliée au bouton-poussoir de démarrage BPD; - une borne S reliée à un indicateur de défaut DFT par l'intermédiaire d'une diode D7; une borne Cl reliée à la bus BI; - une borne C2 reliée à la bus B2; - une borne C3 reliée à la bobine BD de commande de contacts a, b, ces contacts formant avec la bobine BD le disjoncteur commandé à distance DCAD; - une borne de masse MI; - une borne K reliée à la bobine BD. L'indicateur de défaut DPT est relié d'une part au générateur G par l'intermédiaire de la diode D4 et du fusible P6 et d'autre part à la batterie BAT, par l'intermédiaire dl une diode anti-retour D5 et d'un fusible de protection F5. L'indicateur de défaut DFT, est également relié au mo- dule de contrôle MD2 par une diode D6 et au module MDI par la diode D7. Le module MD2 est lui-même relié au générateur G et à la bus BI. La figure 3 montre un schéma d'une forme de réalisation du module MDI. Ce module comporte un amplificateur de sortie APS destiné à permettre la commande du disjoncteur DCAD. Cet amplificateur est commandé par deux comparateurs PI et P2 qui permettent la comparaison des tensions départ bus Bl et B2 avec une tension de référence qui est fournie par l'élément Uref. L'amplificateur de sortie APS est alimenté par le générateur et par la batterie. Le générateur G est relié & la borne AI du module MDI qui permet l'alimentation de l'ampli- ficateur APS au travers d'une résistance RAI et d'une diode anti-retour DAI. L'amplificateur peut également être alimen- té par la batterie au travers de la borne A2, d'une résis- tance RA2 et d'une diode anti-retour DA2.. L'action des compa- rateurs Pl et P2 est inhibée quand le bouton-poussoir de démarrage BPD est enclenché, ce bouton de démarrage BPD étant relié au module MDI par une sortie H. Un circuit comprenant le transistor Tl, les résistances RI, R2, R3 et une diode DT, permet la mise en oeuvre de l'indicateur de défaut DY1 qui peut se réduire à une simple lampe. Le module MD2 (voir figure 4) comprend un dispositif UD de détection de tension inférieure à un certain seuil (26 Volts par exemple) et un circuit d'allumage de l'indicateur de défaut DFT comportant un transistor T2. Ce transistor T2 est commandé par le dispositif UD. Sur la figure 2 on peut également voir un voltmètre V de contrôle permettant de contrôler les tensions batterie et générateur par l'intermédiaire d'un interrupteur I. En fonctionnement normal, quand l'avion est en vol, le moteur tournant, le contacteur CPP est au repos, le contac- teur CS est ouvert, le contacteur CL est fermé. Si le générateur G et le régulateur R fonctionnent normalement et la batterie BAT n'est pas en court-circuit, et si aucun défaut n'apparaît d'une manière générale dans le réseau électrique de bor4,les contacts a et b du disjoncteur commandés à distance DCAD sont fermés. Dans ce cas de figure, le générateur G alimente la bus BI, la bus B2 et charge la batterie BAT. Bien entendu, la lampe-défaut DFT est éteinte et le voltmètre V porte une indication de tension normale. On va maintenant passer en revue les différents cas de défauts qui peuvent se présenter en cours de vol. En cas de panne du générateur G, le module MD2 détecte par l'intermédiaire du dispositif UD une sous-tension. En effet, la batterie BAT restant seule à fournir l'énergie électrique, pour une tension nominale de batterie de 24 Volts par exemple, la tension passe de 28 Volts environ à moins de 26 Volts. Le dispositif UD commande la base du transistor T2 qui devient conducteur allumant ainsi la lampe- défaut (voir à ce sujet la figure 5 o les éléments des modules MDI et MD2 commandant l'allumage de la lampe-défaut ont été disposés dans un schéma qui est destiné à faire mieux comprendre cet allumage). Dans ce cas de panne, et tant que la tension reste supérieure à 22 Volts (mais inférieure à 26 Volts), le disjoncteur commandé à distance DCAD reste fermé.Après avoir constaté que, bien que la lampe-défaut soit allumée, le disjoncteur commandé à distance DCAD reste fermé, le pilote sait qu'il s'agit bien d'une panne générateur, ce qu'il peut vérifier par le Voltmètre V. Dès lors, il sait qu'il dispose d'une autonomie de vol de 30 minutes environ, pour autant qu'il minimise la consommation de ses instruments de bord et dans ce but, qu'il ouvre lui-même le disjoncteur DCAD de séparation des deux bus. La consommation électrique de son tableau de bord chute alors de moitié environ. Si le pilote n'ouvre pas lui-même ce disjoncteur DCAD, la tension va chuter plus vite. Quoi qu'il en soit, à un certain moment, le module MD1 va détecter par les comparateurs PI et P2 la tension critique de 22 Volts. L'amplificateur de sortie APF, du module MDI commande alors l'ouverture du disjoncteur DCAD, En cas de court-circuit sur le générateur G ou en aval de ce dernier, c'est-à-dire sur la bus B2 o en diverses liai- sons, raccordé à celle-ci, le générateur se désexcite. Comme précédemment, le module MD2 détecte par l'intermédiaire du dispositif UD, une sous-tension du générateur et provoque l'allumage de la lampe-défaut DFT. La batterie BAT débite un fort courant dans le court-circuit, ce qui provoque l'ouver- ture par surcharge du disjoncteur DCAD. La bus B2 se trouve alors isolée par l'ouverture du disjoncteur DCAD, la lampe- défaut DFT reste allumée car elle est mise sous tension à la fois par le module MD2 (transistor T2) et par l'ouverture du contact a du disjoncteur DCAD, ce qui provoque la conduction du transistor TI (voir figure 5). La bus B1 reste alimentée par la batterie. Le pilote sait qu'il lui reste une autonomie en alimentation électrique d'une trentaine de minutes environ pour terminer son vol. Si le court-circuit, qui a lieu sur le générateur ou en aval de ce dernier, est à haute impédance, la chute de tension du générateur provoque l'allumage de la lampe-défaut DPT par le module MD2. La batterie se décharge dans le court-circuit, mais le courant, débité par cette dernière, se trouve limité à cause de la haute impédance et est insuf- fisant, dans certains cas, pour provoquer l'ouverture du disjoncteur DCAD par surcharge. Si le pilote, n'a pas déclenché manuellement l'ouverture du disjoncteur DCAD, la batterie débite dans le court-circuit. Lorsque les compara- teurs PI et P2 du module MD1 détectent la tension critique de 22 Volts, l'ouverture du disjoncteur DCAD est alors commandée par l'intermédiaire de l'amplificateur de sortie AIS du module MDI. Comme précédemment, la bus B2 est isolée, le disjoncteur DCAD ouvert, et la lampe-défaut DFT se trouve mim sous tension tant par le module MD1,que par le module MD2. La bus BI est alimentée par la batterie. Le pilote sait qu' il lui reste une autonomie d'une trentaine de minutes environ pour terminer son vol. Pour éviter une détério- ration des circuits électriques, en aval du générateur G, le pilote coupe manuellement l'excitation de ce dernier en ouvrant l'interrupteur IE. On va maintenant examiner les divers cas de court- circuit ou de surcharge sur la batterie ou les équipements enaval de cette dernière. En cas de court-circuit franc (à faible impédance) le fusible de protection P3 fond. Le générateur se désexcite. Les équipements raccordés aux diverses bus secondaires ne se trouvent plus en conséquence alimentés. La bobine BL ne se trouve pas alimentée non plus, ce qui provoque l'ouver- tute du contact CL et la fermeture du contact CD. Dès que le fusible F3 est complètement fondu, le générateur G se réexcite automatiquement. Le disjoncteur DCAD est resté fermé pendant le cours de ces évènements. En effet, comme il y a eu perte de la batterie par le court-circuit et perte du générateur par absence d'excitation, le module MDIest resté sans alimentation lui aussi. La réexcitation du générateur permet aux bus BI et B2 d'être alimentées à nou- veau par le générateur. L'indicateur de défaut de la batterie DFB se trouve alors mis sous tension par l'intermédiaire du contact d de l'interrupteur CC et du contact CD qui se trouve fermé puisque la bobine BL n'est plus alimentée par la batterie et ne peut pas l'être par le générateur, puisque le contact CL est ouvert. En cas de court-circuit franc au-delà du contact CL ou sur la bus BI ou les divers équipements qui y sont raccordés, le générateur G se désexcite. Il y a encore perte totale des alimentations, ce qui empêche la lampe DFT de s' allumer. Le ctourt-circuit sur la bus BI provoque la décharge de la batterie et la bobine BL commandant les contacts CL et CD ne se trouve plus alimentée. Il peut se passer un phénomène de "sonnette" présentant de graves inconvénients. En effet, l'ouverture du contact CL isole le court-circuit de la batterie et la bobine BL se trouve alimentée à nouveau, ce qui provoque la fermeture du contact CL. La batterie peut alors débiter à nouveau dans le court-circuit et le phénomène continue avec le risque de provoquer un incendie à bord. Pour éviter ce grave inconvé- nient, la bobine BL est "mémorisée" par un condensateur C dont le rôle est de maintenir le contact CL fermé jusqu'à fusion totale du fusible 73. Le contact CL est alors ouvert puisque la bobine BL n'est plus alimentée, ce qui provoque aussi la fermeture du contact CD. Le générateur ne peut pas, dans ce cas, se réexciter automatiquement car ses deux pôles se trouvent en fait à la masse. Le pilote doit alors ouvrir manuellement le disjoncteur DCAD, isolant de ce fait la bus BI et le court-circuit. Le générateur se réexcite alors automatiquement. La bus B2, la lampe-défaut DPT et l'indica- teur DFB se trouvent alors alimentés par le générateur G. En cas de courtcircuit à haute impédance iRe provoquant pas la fusion du fusible F3 ou l'ouverture du disjoncteur concerné parmi les disjoncteurs DJI1 à DJ1, les comparateurs Pl et P2 du module MD1 détectent une chute de tension et provoquent l'ouverture du disjoncteur DCAD. Le pibte peut alors contrôler par le Voltmètre V et l'interrupteur 1, qu'il s'agit bien d'une surcharge sur la bus BI et doit alors ouvrir l'interrupteur CC pour provoquer l'ouverture du contact CL et éviter que la batterie ne se décharge dans le court-circuit., Dans tous ces cas de court-circuit sur la batterie ou en aval de cette dernière, les équipements de l'avioa disposent d'une autonomie de vol non limitée puisqu'ils fonctionnent sur le générateur. Si le court-circuit a lieu sur les bus secondaires, ces bus secondaires se trouvent isolées par l'ouverture des disjoncteurs DJ correspondants. Au cours du démarrage du moteur, le bouton-poussoir de démarrage BPD qui est actionné, provoque le blocage des comparateurs Pl et P2 par l'intermédiaire de la borne H du module qui est relié à une des bornes du bouton BPD et aux comparateurs. REVENDICATIONS 1- Dispositif de distribution de courant électrique à sécurité sur engin volant léger équipé pour le vol aux instruments, avec au moins un ensemble de navigation compor- tant un instrument et un instrument de secours, desservi par un réseau d'alimentation électrique avec comme source une batterie et un générateur, dispositif caractérisé en ce que le réseau comporte une bus-batterie (B1) et une bus-générateur (B2) desservant respectivement l'un des instruments de chaque ensemble de navigation, un couplage entre les deux bus par un disjoncteur télécommandable (DCAD), ce disjoncteur étant asservi à un détecteur de défaut (MDI) à deux entrées (C0, C2) respectivement reliées à deux bornes du disjoncteur (DCAD), et deux bornes d'alimentation respectivement reliées au générateur et à la batterie. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un indicateur unique de défaut (DFT) est adapté à être mis en oeuvre tant par ledit détecteur de défaut (MDI) que par un module (MD2) de contr6le de la tension du générateur (G)0 3- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 et comportant en outre, en amont de ladite bus- batterie (BI), un contact de ligne (CL) mis en oeuvre par une bobine (BL), caractérisé en ce qu'une capacité (0) est mise en parallèle sur la bobine (BL). 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que ledit détecteur de défaut (MD1) comporte deux comparateurs (PI, P2) respectivement reliés à la bus-batterie (BI) et à la bus-générateur (B2), ces comparateurs étant également reliés à un élément (Uref) fournissant une tension de référence, ces comparateurs étant également reliés à un amplificateur de sortie (APS) et agissant sur ce dernier, l'amplificateur de sortie (APS) étant relié à une bobine (BD) dudit disjoncteur télécomman- dable (DCAD). - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit disjoncteur télécommandable (DCAD) comporte en outre un deuxième contact (a) dont une borne est à la masse, et dont l'autre borne est reliée à ladite bobine (BD) dudit disjoncteur (DCAD), et relié au module de détection de défaut (MD1). 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le disjoncteur télécommandable (DOAD) est placé sur le tableau de bord et comporte une commande manuelle de déclenchement accessible au pilote. 7_ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits comparateurs (Pl, P2) sont adaptés à être inhibés lors du démarrage. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur de défaut (MD1) est adapté à être inhibé lors du démarrage.