Brevet FR2668373A1 — publié le 19920430

i EQUIPEMENT RESPIRATOIRE DE PROTECTION D'EQUIPAGE D'AERONEF L'invention concerne les équipements respiratoires destinés à protéger les membres d'équipage d'aéronef lors de vols à altitude élevée et/ou sous facteur de charge éle- vé, exigeant de fournir à un masque respiratoire du gaz sous une pression supérieure à celle de l'ambiance. Pour protéger les membres d'équipage contre les risques d'anoxie et d'aéroembolisme, on établit générale- ment dans l'habitacle d'un aéronef, à partir de 1500 m environ, une surpression qu'on augmente avec l'altitude. L'équipement respiratoire comporte un masque qu'un régula- teur à la demande alimente d'abord en oxygène dilué, puis en oxygène pur sous une pression telle que la pression par- tielle d'oxygène dans les poumons reste suffisante. L'équipement est également prévu pour fournir au masque, en cas d'éjection ou de perte de pression dans l'habitacle à haute altitude, de l'oxygène sous pression suffisante pour éviter les pertes de conscience. Le membre ou chaque membre d'équipage d'un avion de combat, dont les évolutions provoquent des accélérations élevées selon la verticale avion, est muni d'un dispositif de protection contre l'accélération, comprenant un pantalon muni de poches gonflables reliées à une valve de commande, dite valve anti-g, qui fournit une pression fonction de l'accélération On a déjà proposé (US-A-4 230 097) d'une part d'augmenter la surpression du gaz d'alimentation respiratoire fournie au masque en cas d'accélération pour augmenter la résistance à celle-ci, d'autre part, en cas de fourniture de gaz respiratoire sous pression élevée au masque, de mettre en pression les poches du pantalon pour créer une compensation. Lorsque le masque est alimenté en gaz respiratoire sous pression, il tend à se décoller du visage ce qui fait apparaître des fuites réduisant la surpression respiratoi- re Pour résoudre ce problème, un équipement de protection connu (US-A-4 172 455) comprend un masque relié mécanique- ment à un casque muni d'une poche de nuque gonflable et des moyens régulateurs d'alimentation du masque et de la poche de nuque sous une même pression, qui est fonction de la pression ambiante et/ou du facteur de charge La sortie du régulateur respiratoire de cet équipement est reliée par un premier conduit, dit "chenille" ou "trompe d'éléphant" au masque et par un autre conduit à la poche de nuque. Cette disposition ne s'est pas révélée complètement satisfaisante Du fait que le rembourrage du casque est dé- formable, la force d'application du masque sur le visage est insuffisante et le contact avec la peau n'est pas ef- fectivement assuré De plus la force d'application du mas- que contre le visage due à la mise en pression de la poche augmente plus lentement que la pression dans le masque, d'o des fuites particulièrement importantes au cours d'une phase initiale d'alimentation. L'invention vise notamment à fournir un équipement améliorant la protection de l'équipage lorsque les condi- tions de vol rendent nécessaires la fourniture du gaz res- piratoire sous une pression nettement supérieure à l'ambiance. Dans ce but, l'invention propose notamment un équi- pement de protection comportant un masque relié mécanique- ment à un casque muni d'une poche de nuque gonflable et des moyens régulateurs d'alimentation du masque en gaz respira- toire sous une pression fonction de l'altitude et/ou de l'accélération, caractérisé en ce que les moyens régula- teurs sont prévus pour créer dans la poche de nuque du casque une pression supérieure à celle du gaz respiratoire fourni au masque, au moins lorsque la pression d'alimenta- tion du masque dépasse une valeur de seuil prédéterminée. L'invention vise également, dans le cas d'un équi- pement de protection destiné à un aéronef susceptible d'atteindre des altitudes très élevées, à améliorer la pro- tection de l'équipage en cas d'apparition de conditions exigeant une augmentation brutale et importante de la pres- sion d'alimentation en gaz respiratoire Dans un équipement classique, le retard de gonflement de la poche se traduit par des fuites initiales importantes ralentissant la montée en pression du gaz respiratoire inhalé par le porteur du masque Pour résoudre ce problème, les moyens régulateurs sont avantageusement prévus pour fournir à la poche un débit de gaz suffisant pour provoquer une vitesse de montée en pression supérieure à celle de la montée en pression dans le masque. Suivant un autre aspect encore de l'invention, uti- lisable dans les équipements de protection comportant une valve anti-g prévue pour établir en l'absence d'accélé- ration, dans les poches de pantalon, une pression supérieu- re à la pression qui règne dans le masque et fonction de cette dernière, les moyens régulateurs comportent avanta- geusement un circuit permettant d'alimenter la poche de nuque à partir de la valve anti-g, sous une pression rédui- te par rapport à celle fournie aux poches de pantalon, mais supérieure à celle du gaz respiratoire fourni au masque. Lorsque par ailleurs les moyens régulateurs sont prévus pour fournir au masque du gaz sous une pression qui augmente en fonction de l'accélération suivant la verticale avion, détectée par une valve anti-g, il est avantageux d'alimenter la poche de nuque à partir de la valve anti-g avec une avance temporelle par rapport à l'augmentation de la pression du gaz respiratoire envoyé au masque. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe montrant un équipement de protection pour pilote d'aéronef, de consti- tution générale connue; la figure 2 montre les courbes de variation de la pression dans le masque et dans la poche de nuque dans le cas d'un équipement classique de protection et dans le cas de l'invention; la figure 3 est un schéma de principe montrant des moyens d'alimentation de la poche de nuque conforme à un mode particulier de réalisation de l'invention, utilisa- ble dans le cas d'un équipement de protection comportant une valve anti-g prévue pour gonfler les poches de pantalon sous une pression supérieure à celle du gaz respiratoire, au moins audelà d'une valeur déterminée de la pression respiratoire; la figure 4, similaire à une fraction de la figu- re 3, montre une variante de réalisation; la figure 5 montre la façon dont les moyens régu- lateurs d'un équipement selon l'invention peuvent être as- sociés à un ensemble régulateur respiratoire-valve anti-g de constitution générale connue; la figure 6, similaire à la figure 3, montre un mode de réalisation de l'invention applicable à un équipe- ment de protection dont la valve anti-g n'est pas prévue pour mettre en pression les poches de pantalon en cas de surpression respiratoire. la figure 7 montre un exemple représentatif de courbes de la pression de sortie du régulateur respiratoire et la valve anti-g dans un équipement de protection; les figures 8 et 8 A montrent, respectivement en élévation et en coupe suivant la ligne A-A, une constitu- tion possible de masque complétant l'action de la poche; la figure 9 montre des courbes de variation de la pression dans le masque et dans la poche de nuque (et éven- tuellement le boudin de masque) en fonction du temps, dans le cas d'un équipement dont le régulateur respiratoire fournit au masque une pression croissante avec l'accélération. L'équipement de protection montré schématiquement en figure 1 a une constitution générale largement utilisée à l'heure actuelle sur les avions de combat Il comporte un casque rigide 10 et un masque respiratoire 12 recouvrant le nez et la bouche, relié au masque par des sangles de longueur ajustable Une poche gonflable 14 est placée à l'intérieur de la coque rigide du casque, contre la partie occipitale de la tête Cette poche de nuque est destinée à plaquer le masque contre le visage lorsque le gaz respiratoire fourni au masque 12 présente une surpression par rapport à l'ambiance. L'équipement porté par le pilote comporte également un gilet ou plastron 16 muni de poches de poitrine et un pantalon 18 muni de poches destinées à serrer les parties molles des jambes, les unes et les autres gonflables. Le siège 20 porte des moyens d'alimentation du masque et des poches qui peuvent être regardés comme ayant un régulateur respiratoire 22 alimenté en oxygène sous pression par une source embarquée (convertisseur d'oxygène liquide ou générateur d'air enrichi en oxygène en général) et une valve anti-g 24, alimentée généralement en air pré- levé sur un étage du compresseur d'un moteur bien qu'elle puisse également être alimentée par une sous réserve de gaz embarqué La sortie du régulateur respiratoire 22 est reliée à une chenille 26 d'alimentation du masque 12 et, par l'intermédiaire d'un branchement 28, aux poches du gilet La valve anti-g 24 est reliée à un connecteur 30 d'alimentation des poches du pantalon 18. La disposition décrite jusqu'ici étant classique il n'est pas nécessaire de la décrire davantage Comme on le verra plus loin l'invention n'est pas applicable uniquement à un tel équipement. Les moyens régulateurs d'un équipement selon l'invention comportent, en plus du régulateur respiratoire 22, un circuit 32 dont la sortie est reliée par un conduite 34 à la poche de nuque 14. Dans un équipement du type qui vient d'être décrit, la variation de pression en fonction du temps dans le mas- que 12 et les poches de poitrine 16, en cas d'apparition brutale de conditions rendant nécessaires d'y créer une pression P 0, est du genre montré par la courbe 36 de la figure 2 La pression dans la poche de nuque 14 augmente plus lentement, comme indiqué par la courbe 38; cette pression n'est pas intégralement utilisable pour appliquer le masque contre le visage du fait du rendement imparfait de la poche, d'o des fuites De plus, la pression dans la -poche, du fait du volume de cette dernière et de la compressibilité du rembourrage du casque, augmente beaucoup moins vite que dans le masque. Les conséquences néfastes de ces deux phénomènes sont réduites en alimentant la poche sous une pression PO + APO supérieure à la surpression respiratoire recherchée dans le masque 12 en cas de compensation altimétrique des poches de pantalon et/ou en cas de gonflage des poches de pantalon par la valve anti-g, de façon à avoir une courbe de croissance du genre montré en 40, se plaçant au-dessus de la courbe 36 dès que possible. La différence de pression APO est choisie en fonc- tion du rendement de la poche de nuque 14 Dans la prati- que, elle sera généralement de l'ordre de 30 h Pa. D'une part la surpression APO permet de plaquer le masque de façon étanche contre le visage une fois la pres- sion de consigne PO + APO atteinte, d'autre part elle pro- voque une augmentation plus rapide de la pression dans la poche de nuque 14, comme indiqué par la courbe 40 en traits mixtes sur la figure 2. Dans le cas o la valve anti-g 24 est couplée au régulateur respiratoire 22 de façon à fournir aux poches du pantalon 18 du gaz sous une pression supérieure à la pression du gaz respiratoire, en cas d'alimentation du masque 12 en surpression, le circuit 32 à ajouter à un équipement de genre connu peut être très simple. Dans le cas illustré sur la figure 3, le circuit 32 comporte une valve d'admission 42 et une valve de dégonfle- ment 44 reliant l'une et l'autre la poche 14 à la sortie de la valve anti-g 24 La valve d'admission 42 comporte un clapet 46 s'appuyant sur un siège de mise en communication de l'entrée et de la sortie de la valve, porté par une membrane dont une face est soumise à la pression de sortie et l'autre face est soumise à la pression régnant dans une chambre 48 de pilotage La pression de pilotage peut être réglable par exemple par une électrovanne, en fonction de paramètres tels que l'accélération, la pression extérieure, etc La valve d'admission 42 est reliée à la poche par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 50 et d'un étran- glement 52 de limitation de débit Un clapet taré 54 permet de limiter la surpression dans la poche par exemple à une valeur de 120 h Pa Dans un circuit du genre montré en figu- re 3, la surpression créée dans la poche 14 dépend de la pression de sortie de la valve anti-g, elle-même fonction de la surpression respiratoire et supérieure à cette der- nière grâce au multiplicateur de pression 61. La valve d'échappement 44 permet à la poche 14 de se vider à l'atmosphère par un évent 56 lorsque la pression de sortie de la valve anti-g, qui règne dans une chambre 58, diminue. La variante de réalisation simplifiée montrée en figure 4 comporte une valve d'admission 42 a constituée par un simple clapet taré par un ressort 54 dont la force de compression fixe la différence entre la pression de sortie de la valve anti-g et la pression qui s'établit dans la poche de nuque 14. Le circuit 32 montré en figure 3 est notamment utilisable dans un équipement respiratoire dont le régulateur respiratoire 22 et la valve anti-g 24 ont la constitution montrée en figure 5 et sont couplés l'un à l'autre de façon que: la valve anti-g 24 établisse, dans les poches du pantalon 18, une pression fonction de la surpression respi- ratoire et supérieure à elle, le régulateur respiratoire 22 établisse, dans le masque 12, une surpression fonction de la pression établie dans les poches du pantalon 18 par la valve anti-g 24 en cas d'apparition d'une accélération dirigée suivant la verticale avion. Il n'est pas nécessaire de décrire ici le régula- teur 22 et la valve 24 dont la constitution peut être très similaire à celle décrite dans le document US-A-4 230 097. La sortie de la valve anti-g 24, dont l'entrée 60 est reliée par exemple à un étage du compresseur du moteur, commande la surpression respiratoire par l'intermédiaire d'une vanne 62 réductrice de pression, par exemple dans un rapport 1/10 (cette valeur n'étant pas limitative) Réci- proquement, le régulateur respiratoire 22 commande la sur- pression dans les poches du pantalon 18, en l'absence d'accélération, par l'intermédiaire d'une vanne de multi- plication de pression 64, de rapport 4/1 par exemple (cette valeur n'étant encore une fois donnée qu'à titre d'exemple) Une alimentation en oxygène sous pression de la valve anti-g 24 est alors nécessaire: sur la figure 5, elle est réalisée par un piquage 68 sur l'entrée 66 du régulateur respiratoire 22. La figure 7 montre, à titre d'exemple, des courbes et 72 représentatives de la pression de sortie de la valve anti-g 24 et du régulateur 22 en fonction de l'accé- lération dirigée suivant la verticale avion Gz; la valve anti-g n'alimente les poches de pantalon qu'au delà d'une accélération de 2 g Dans une variante, l'alimentation du masque et des poches de poitrine est retardée jusqu'à 4 g, comme le montre la courbe en tirets, ce qui facilite l'alimentation de la poche de nuque en avance par rapport au30 masque. Les équipements de protection destinés à des aéro- nefs ne dépassant pas une altitude d'environ 15 000 m sont souvent démunis de moyens permettant de créer une pression35 dans les poches du pantalon en cas de surpression respira- toire. Dans ce cas le circuit 32 peut avoir la consti- tution montrée en figure 6, o les organes correspondant à ceux des figures 3 et 4 portent le même numéro de réfé- rence, affecté de l'indice a. Le circuit de la figure 6 se différencie essentiel- lement de celui la figure 4 par la constitution de la valve d'évacuation ou de dégonflement 44 a, qui constitue égale- ment valve de compensation, et qui est alimentée par la valve anti-g 24 On retrouve, dans la valve 44 a, une mem- brane sur laquelle s'exerce la pression de sortie de la valve anti-g 24 Cette membrane n'est pas directement liée à un clapet de mise en communication de la poche 14 avec un évent 56 a Elle est munie d'un poussoir 70 destiné à exer- cer une force d'appui du clapet 72 de mise en communication avec l'évent lorsqu'une surpression règne dans la chambre 58 a Le clapet 72 est porté par une membrane supplémentaire 74 qui délimite, avec la première membrane, une chambre 76 alimentée par le régulateur respiratoire 22 Ce régulateur alimente la poche de nuque 14 par l'intermédiaire d'un cla- pet anti-retour 78. Cette disposition permet à la valve d'évacuation 44 a de fonctionner selon deux lois de compensation, l'une en fonction de la surpression respiratoire, du fait de la présence de la membrane 74, l'autre en fonction de l'accé- lération détectée par la valve anti-g 24. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. En particulier la pression destinée à assurer l'étanchéité peut être établie non seulement dans la poche 14, mais aussi dans une sangle de traction du masque vers le casque, pour plaquer le masque contre la face, et/ou dans un boudin d'étanchéité gonflable, par exemple en forme de fer à cheval s'ouvrant vers le haut, bordant le couvre- face du masque Un branchement 80 (figure 3) suffit pour alimenter ce boudin. Les figures 8 et 8 A montrent une constitution pos- sible de masque muni d'un tel boudin Le couvre-face en élastomère 82 présente une partie centrale épaisse et/ou renforcée par une coquille 84 Sur la face interne de la partie périphérique du couvre-face peut être collée une gouttière rigide, par exemple en forme de fer à cheval dé- gageant l'arête du nez Un boudin gonflable 86, relié au branchement 80, est fixé, par exemple par collage, sur la gouttière ou dans un repli de la partie mince du couvre- face Une butée 88 peut être prévue pour limiter son gon- flement et/ou le retenir en place. Lorsque le circuit 32 ne fournit pas de pression, le boudin 86 a une section minimum Lorsque le circuit 32 fournit au contraire une pression, le boudin se gonfle, tend les sangles et augmente l'étanchéité. La figure 9 montre les courbes de variation de la pression, en fonction du temps t, dans un dispositif selon une autre variante encore de réalisation La courbe 94 mon- tre la variation de la pression dans le masque 12 et les poches de gilet La courbe 14 montre la variation de pres- sion dans la poche de nuque et éventuellement la sangle gonflable et/ou le boudin d'étanchéité 88 Dans le cas il- lustré, le circuit 32 est prévu pour anticiper d'un temps At sur la montée en pression dans le masque La pression finale atteinte dans les poches est supérieure de A Pl à la pression finale dans le masque Dans la pratique, la valeur de A Pl peut varier en fonction du rendement de la poche de casque Dans la pratique, elle sera de l'ordre de 30 h Pa. Les courbes de la figure 9 peuvent être obtenues même si la pression finale dans le vêtement de protection contre l'accélération est égale à la pression dans le mas- que, dans la mesure o la pression nécessaire pour alimen- ter la poche est obtenue à partir d'une valve fournissant une surpression en fonction de l'accélération. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation materielles encore, notamment en ce qui il concerne la commande de pression En particulier les poches peuvent être alimentées par des vannes, pilotées ou non, à commande électronique ce qui permet en particulier de réaliser toute loi et relation souhaitées entre les pressions masque, poches de pantalon, poche de poitrine, poche de casque et éventuellement boudin ou sangle pneumatique, notamment une relation linéaire On connaît déjà des dispositifs à commande électronique adaptables, tels que ceux décrits dans les brevets US 4 336 590 à clapet pilote et ceux à électro-vanne progressive. REVENDICATIONS 1 Equipement respiratoire destiné à protéger les membres d'équipage d'aéronef lors de vols à altitude élevée et/ou sous facteur de charge élevé, exigeant de fournir à un masque respiratoire du gaz sous une pression supérieure 5. a celle de l'ambiance, ledit équipement comportant un masque ( 12) relié mécaniquement à un casque ( 10) muni d'une poche de nuque ( 14) gonflable et des moyens régulateurs d'alimentation du masque en gaz respiratoire sous une pression fonction de l'altitude et/ou de l'accélaration, caractérisé en ce que les moyens régulateurs sont prévus pour créer dans la poche de nuque ( 14) du casque une pression supérieure à celle du gaz respiratoire fourni au masque ( 12), au moins lorsque la pression d'alimentation du masque dépasse une valeur de seuil prédéterminée. 2 Equipement de protection selon la revendication 1 pour aéronef destiné à voler à des altitudes élevées, caractérisé en ce que les moyens régulateurs sont prévus pour fournir à la poche un débit de gaz suffisant pour provoquer une vitesse de montée en pression supérieure à celle de la montée en pression dans le masque. 3 Equipement selon la revendication 1 ou 2 comportant de plus une valve anti-g ( 24) prévue pour établir dans les poches de pantalon, en l'absence d'accélé- ration et lors de l'alimentation du masque en gaz sous pression, une pression supérieure à la pression qui règne dans le masque et fonction de cette dernière, caractérisé en ce que les moyens régulateurs comportent également un circuit ( 42, 44) d'alimentation de la poche de nuque à partir de la valve anti-g, sous une pression réduite par rapport à celle fournie aux poches de pantalon, mais supérieure à celle du gaz respiratoire fourni au masque. 4 Equipement selon la revendication 1, 2 ou 3 comportant des moyens de couplage ( 62) provoquant la fourniture, par les moyens régulateurs au masque, de gaz sous une pression qui augmente en fonction de l'accélé- ration suivant la verticale avion, détectée par une valve anti-g ( 24), caractérisé en ce que les moyens régulateurs sont prévus pour alimenter la poche de nuque à partir de la valve anti-g sous une pression supérieure à celle dans le masque et/ou avec une avance temporelle par rapport à l'augmentation de la pression du gaz respiratoire envoyé au masque. Equipement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent une valve d'admission ( 42) et une valve de dégonflement ( 44) reliant l'une et l'autre la poche de nuque ( 14) à la sortie de la valve anti-g ( 24), la valve d'échappement ( 44) permettant à la poche de nuque ( 14) de se vider à l'atmosphère par un évent ( 56) lorsque la pression de sortie de la valve anti-g diminue. 6 Equipement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valve d'admission ( 42) comporte un clapet ( 46) s'appuyant sur un siège de mise en communication de l'entrée et de la sortie de la valve, porté par une membrane dont une face est soumise à la pression de sortie et l'autre face est soumise à la pression régnant dans une chambre ( 48) de pilotage o règne une pression de pilotage réglable, en fonction de paramètres tels que l'accélération ou la pression extérieure. 7 Equipement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valve de dégonflement ( 44 a) comporte une membrane sur laquelle s'exerce la pression de sortie de la valve anti-g ( 24) munie d'un poussoir ( 70) destiné à exercer une force d'appui d'un clapet ( 72) de mise en communication de la poche de nuque ( 14) avec un évent, le clapet ( 72) étant porté par une membrane supplémentaire ( 74) qui délimite, avec la première membrane, une chambre ( 76) alimentée par le régulateur respiratoire ( 22) qui alimente également la poche de nuque ( 14) par l'intermédiaire d'un étranglement et d'un clapet anti-retour ( 78).