Brevet FR2787914A1 — publié le 20000630

Enregistreur de données résistant à l'écrasement et à la chaleur en cas d'accident. La présente invention se rapporte à un enregistreur de données résistant à l'écrasement et à la chaleur. Elle trouve une application dans les enregistreurs installés dans des véhicules aéronautiques, spatiaux, automobiles, ferroviaires, maritimes, ou analogues, qui permettent l'acquisition et l'enregistrement de données essentielles relatives au vol, trajet, ou route en cours, en vue de leur restitution ultérieure éventuelle. En raison du fait qu'une telle restitution de données est parfois rendue nécessaire en cas d'accident, ce genre d'enre- gistreur doit satisfaire des conditions de survie extrêmement contraignantes, notamment sur le plan de la résistance à l'écrasement et à la chaleur. De façon connue, un enregistreur de données comprend une enceinte métallique comportant une première cavité interne. Un premier isolant thermique s'étend généralement autour de la surface de la première cavité interne et définit une seconde cavité interne. Le plus souvent, un second iso- lant/absorbant thermique occupe la seconde cavité interne, et entoure les éléments de mémoire de données destines à être contenus dans l'enregistreur. Habituellement, le second isolant/absorbant thermique présente une transition de phase solide à liquide à une température élevée. Par exemple, le second isolant/absorbant est de type cire synthétique. De tels enregistreurs sont de mise en oeuvre complexe et de coût de fabrication élevé. De plus, la cire synthétique présente généralement des défauts de stabilité et de conduc- tivité aux températures indiquées dans les standards de survivabilité à la chaleur dont les contraintes sont de plus en plus exigeantes. La cire représente en outre une masse importante, ce qui engendre des contraintes supplémentaires. La Demanderesse s'est posée le problème de remédier à ces inconvénients. La présente invention apporte justement une solution à ce problème. Elle porte sur un enregistreur de données résistant à l'écrasement et à la chaleur en cas d'accident, du type comprenant: - une enceinte métallique comportant une première cavité interne; - des premiers moyens formant isolant thermique propres à s'étendre autour de la surface de la première cavité interne, et définissant une seconde cavité interne; - des seconds moyens formant isolant/absorbant thermique propres à occuper la seconde cavité interne, et à entourer des éléments de mémoire de données, les seconds moyens formant isolant/absorbant thermique présentant une transition de phase solide à liquide à une température élevée. Selon une définition générale de l'invention, les seconds moyens formant isolant/absorbant thermique sont constitués d'un matériau contenant des fibres céramiques et une matière endothermique inorganique. Un tel matériau, selon l'invention, a l'avantage de conserver ses propriétés thermiques d'isolation et d'absorption sur une gamme de température allant de quelques C jusqu'à une température élevée de l'ordre de 220 C. En outre, un tel matériau conserve ses propriétés thermiques d'isolation et d'absorption pendant une durée de plusieurs centaines d'heures lorsqu'il est soumis à une température élevée, par exemple de l'ordre de 95 C. En pratique, le matériau de l'isolant/absorbant thermique est commercialisé par la Société 3M sous la référence 3M INTERAM E-5A. De façon surprenante, la Demanderesse a observé qu'un tel matériau habituellement utilisé pour la protection passive contre l'incendie sur des câbles électriques ou sur des structures en acier peut aussi servir à la protection des éléments de mémoire d'un enregistreur de données. De plus, la Demanderesse a étudié et vérifié que les proprié- tés thermiques de ce matériau sur le plan de l'isolation et de l'absorption de la chaleur sont parfaitement conservées jusqu'à une température élevée de l'ordre de 220 C, qui est nettement supérieure à la température limite de fonction- nement normal des éléments de mémoire généralement utilisés dans ce type d'enregistreur de données. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens formant isolant/absorbant comprennent une pluralité de matelas d'épaisseur prédéterminée, disposés en pile les uns contre les autres, au moins l'un des matelas étant creusé au format de la carte supportant les éléments de mémoire, de sorte que ladite carte est logée dans ledit matelas ainsi creusé et placé à l'intérieur de la pile. Par exemple, le matelas creusé est placé entre au moins deux matelas. Avantageusement, la pile de matelas est enveloppée dans une enveloppe en matière plastique, les extrémités libres de l'enveloppe étant propres à déborder de l'enceinte après insertion de la pile afin de constituer des languettes facilitant l'extraction/insertion de la pile de matelas dans l'enceinte, l'enveloppe assurant en outre une compression lors de l'insertion des matelas dans l'enceinte et une compression résiduelle après insertion. De préférence, l'enceinte comprend un appendice solidaire de ladite enceinte et comprenant des moyens formant support propres à supporter une balise acoustique ou analogue. En pratique, les éléments de mémoire sont de type statique, par exemple EEPROM. De préférence, les premiers moyens formant isolant thermique sont constitués d'une matière fibreuse et de particules fines, et commercialisés sous la référence MIN-K par la société THERMAL CERAMICS, ou sous la référence MICROTHERM. De préférence, l'enceinte est en acier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci- après et des dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective de l'enceinte et du premier isolant thermique selon l'invention; - la figure 2 est une vue en éclaté des différents éléments constitutifs d'un enregistreur selon l'invention; et - la figure 3 représente des courbes illustrant le flux de chaleur absorbé par le second isolant/absorbant de l'inven- tion en fonction de la température. Les dessins annexés comportent, à de nombreux titres, des informations de caractère certain. Ils pourront en conséquen- ce, non seulement servir à faire mieux comprendre la descrip- tion détaillée ci-après, mais aussi contribuer à la défini- tion de l'invention, le cas échéant. En référence aux figures 1 et 2, l'enregistreur de la présente invention comprend un boîtier métallique 2, relati- vement petit en taille, et relativement léger en poids. De préférence, le boîtier 2 est de dimensions compatibles d'un boîtier de type 1/2-ATR, afin d'être monté sur support communément utilisé en aéronautique. Il est à remarquer que l'enregistreur peut être utilisé, non seulement en milieu aéronautique, mais aussi pour des véhicules maritimes, ferroviaires, automobiles, spatiaux ou analogues. Le boîtier métallique 2 définit une première cavité interne 5. Par exemple, le boîtier métallique 2 est construit en acier ou une autre matière qui présente une densité relativement faible, une conductance thermique relativement élevée et une résistance relativement élevée à l'écrasement et à la pénétration. Le boîtier métallique 2 est destiné à être fermé par un couvercle 6, également en matière métallique et, de préféren- ce, en acier. Le bord libre du boîtier ouvert 2 comprend des lèvres plates 4 sur lesquelles sont ménagés des trous de fixation 10. Le couvercle 6 est destiné à être assemblé aux lèvres 4 au moyen de vis 8 propres à s'insérer dans les trous de fixation 10 des lèvres plates. D'autres moyens de fixation conventionnels sont susceptibles d'être appliqués. En pratique, la cavité interne 5 définie par le boîtier 2 est de forme parallélépipédique, avec des angles arrondis. Avantageusement, le boîtier 2 comprend un appendice 12 solidaire du boîtier 2. Cet appendice est destiné à supporter une balise acoustique maritime (non représentée). Par exemple, le support 12 comprend 4 mâchoires circulaires destinées à recevoir une balise cylindrique. Une garniture thermique 14 est logée à l'intérieur de la cavité 5. Une telle garniture thermique constitue une première barrière thermique. La garniture thermique 14, d'une épaisseur de l'ordre de 2 à 3 cm, forme une cavité 13 s'étendant vers l'intérieur. La garniture thermique 14 est de préférence une structure unitaire, formée d'une matière solide moulée. Une telle garniture thermique constitue un bon isolant thermique, c'est-à-dire qu'il présente une conductivité thermique faible et une densité relativement faible. En pratique, la garniture thermique 14 est une combinaison de matière fibreuse et de particules très fines. Par exemple, la garniture 14 est le produit commercialisé sous la référence MIN-K de type 1303 par la Société THERMAL CERAMICS, ou MICROTHERM. Les éléments de mémoire 16 sont par exemple connectés sur une carte à circuit imprimé 18 de type double face. En pratique, les éléments de mémoire 16 sont de type stati- que, par exemple EEPROM. La carte de circuit imprimé 18 comprend un connecteur (non représenté) permettant la connexion d'une nappe de fils 11 à un système électronique extérieur (non représenté) via une fente 9 ménagée dans le couvercle 6. Avantageusement, les éléments 16 de la carte de circuits imprimés 18 sont protégés à l'eau, à l'aide d'un vernis approprié. Selon l'invention, pour permettre d'obtenir un degré élevé de protection thermique, la carte de circuit imprimé 18 est en outre logée dans une pile de matelas, individualisés en 20-1 à 20-7, et dont l'un 20-4 est creusé au format de la carte 18. Pour simplifier, seule une carte de circuits imprimés est logée dans l'enceinte. Bien évidemment, selon les applica- tions, par exemple en maritime, l'enregistreur peut contenir plusieurs cartes qui seront alors protégées selon l'invention comme la carte 18. Par exemple, les matelas 20 sont de forme générale parallélé- pipédique. Les dimensions des matelas sont sensiblement supérieures à celles de la carte de circuits imprimés 18. Selon l'invention, les matelas 20 sont constitués d'un matériau de type isolant/absorbant thermique contenant des fibres céramiques et une matière endothermique inorganique. En pratique, ce matériau est commercialisé par la Société 3M sous la référence 3M INTERAM E-5A, avec une alternative E-5A- 3 (7,6mm) ou E-5A-4 (10,2mm) selon l'épaisseur des matelas. De façon surprenante, la Demanderesse a observé qu'un tel matériau habituellement utilisé pour la protection passive contre l'incendie sur des câbles électriques ou sur des structures en acier peut aussi servir à la protection des éléments de mémoire d'un enregistreur de données. De plus, La Demanderesse a étudié et observé que les proprié- tés thermiques de ce matériau sur le plan de l'isolation et de l'absorption de la chaleur sont parfaitement conservées jusqu'à une température élevée de l'ordre de 220 OC corres- pondant à une température nettement supérieure à la tempéra- ture limite de fonctionnement normal des éléments de mémoire qui sont généralement utilisés dans ce type d'enregistreur de données. En référence à la figure 3, on a représenté quatre courbes C1 à C4 illustrant le flux de chaleur absorbé par un matelas de type E-5A-3 en fonction de la température. La courbe C1 illustre le flux thermique absorbé par un matelas E-5A-3 en fonction de la température, sans traitement spécial au préalable. La courbe C2 illustre le flux thermique absorbé par un matelas E-5A-3 en fonction de la température, après avoir été soumis pendant 24 heures à une température de 95 C. La courbe C3 illustre graphiquement le flux thermique absorbé par un matelas E-5A-3 en fonction de la température, après avoir été soumis pendant 240 heures à une température de C. La courbe C4 illustre graphiquement le flux thermique absorbé par un matelas E-5A-3 en fonction de la température, après avoir été soumis pendant 600 heures à une température de C. Chaque courbe est caractérisée par une première plage de température PC1, allant de quelques C à 220 C, dans laquelle le flux de chaleur absorbé par le matériau 20 est relati- vement constant. Cette constante montre que le matériau est inerte dans cette plage PC1. Sur chaque courbe, on observe un premier pic TM1 autour de 220 à 240 C, avec un accroissement important de l'énergie thermique absorbée. Chaque courbe est caractérisée en outre par une seconde plage de température PC2, allant de quelques 250 C à 300 C, dans laquelle le flux de chaleur absorbé par le matériau 20 est relativement constant. On observe aussi un second pic TM2 autour de 330 C, avec un accroissement important de l'énergie thermique absorbée. Enfin, on observe une troisième plage PC3 allant de 350 C et au delà, dans laquelle l'énergie absorbée est relativement constante. On fait à nouveau référence aux figures i et 2. Les matelas 20 sont rangés en pile, les uns contre les autres, en parallèle avec les grandes faces latérales du boîtier 2. Le matelas 20- 4 est creusé au format de la carte 18 supportant les éléments de mémoire, de sorte que ladite carte 18 est logée dans ledit matelas ainsi creusé. Avantageusement, le matelas 20-4 ainsi creusé est placé à l'intérieur de la pile. Par exemple, en référence à la figure 2, le matelas 20-4 est placé entre les trois matelas 20-1 à -3, et les trois matelas 20-5 à 20-7. Très avantageusement, la pile de matelas est enveloppée dans une enveloppe en matière plastique 30, par exemple, en polycarbonate. Les bords libres 32 de l'enveloppe sont propres à déborder de l'enceinte après insertion de la pile dans l'enceinte afin de constituer des languettes facilitant l'extraction/insertion de la pile de matelas. De plus, cette enveloppe en matière plastique assure une compression lors de l'insertion des matelas dans l'enceinte, ainsi qu'une compression résiduelle après insertion. Enfin, un couvercle en matière isolante 32 recouvre la pile de matelas ainsi insérée dans l'enceinte avant application du couvercle 6 sur les lèvres 4 du boîtier métallique 2. Le couvercle en matière isolante 32 est construit avec la même matière que la garniture thermique 14. Ce couvercle couvre la face ouverte du boîtier contenant la pile de matelas, de manière à couvrir complètement le boîtier et fermer ainsi le boîtier à l'aide du couvercle 6. Grâce à l'invention, l'enregistreur vérifie les exigences indiquées dans le document TSO C-124a (Technical Standard Order) délivré par l'Administration américaine (FAA), et qui concernent les tests de survivabilité des enregistreurs en cas d'accident. L'épaisseur totale de l'ensemble formé par la garniture thermique 14 et les matelas 20 ainsi que le volume occupé par lesdits matelas déterminent le degré de la protection thermique conférée. Dans le commerce, les matelas E-5A sont habituellement vendus avec une feuille d'aluminium sur l'une des faces. La Demande- resse s'est aperçue qu'il est préférable de retirer cette feuille d'aluminium. Revendications. 1. Enregistreur de données résistant à l'écrasement et à la chaleur en cas d'accident, de type comprenant: - une enceinte métallique (2) comportant une première cavité interne (5); - des premiers moyens formant isolant thermique (14) propres à s'étendre autour de la surface de la première cavité interne (5), et définissant une seconde cavité interne (13); - des seconds moyens formant isolant/absorbant thermique (20), propres à occuper au moins une partie de la seconde cavité interne (13) et à entourer des éléments (16) de mémoire de données, les seconds moyens formant isolant/absor- bant thermique présentant une transition de phase solide à liquide à une température élevée; caractérisé en ce que les seconds moyens formant isolant/ab- sorbant thermique (20) sont constitués d'un matériau conte- nant des fibres céramiques et une matière endothermique inorganique. 2. Enregistreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens formant isolant/absorbant thermique (20) sont commercialisés par la Société 3M sous la référence 3M INTERAM E-5A. 3. Enregistreur selon la revendication 2, caractérisé entre les seconds moyens formant isolant/absorbant thermique (20) conservent leur propriété absorbante sur une gamme de température allant de quelques degrés Celsius jusqu'à une température élevée de l'ordre de 220 C. 4. Enregistreur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les seconds moyens formant isolant/absorbant thermique (20) conservent leur propriété absorbante lorsqu'ils sont (20) conservent leur propriété absorbante lorsqu'ils sont soumis à une forte température pendant une durée de plusieurs centaines d'heures. 5. Enregistreur selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il est destiné à être installé dans un véhicule aéronautique, automobile, ferro- viaire, maritime, spatial ou analogue. 6. Enregistreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens formant isolant/absorbant thermique (20) comprennent une pluralité de matelas (20-1 à 20-7) d'épaisseur prédéterminée, disposés en piles les uns à côté des autres, au moins l'un des matelas (20-4) étant creusé au format de la carte (18) supportant les éléments de mémoire (16), de sorte que ladite carte (18) est logée dans ledit matelas 20-4) ainsi creusé, le matelas ainsi creusé étant placé à l'intérieur de la pile. 7. Enregistreur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matelas creusé est placé entre 3 matelas de chaque côté. 8. Enregistreur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pile de matelas est enveloppée dans une enveloppe (30) en matière plastique, les extrémités libres (32) de l'enveloppe (30) étant propres à déborder de l'enceinte après insertion de la pile dans l'enceinte, afin de constituer des languettes facilitant l'extraction/inser- tion de la pile de matelas dans l'enceinte, l'enveloppe assurant en outre une compression lors de l'insertion des matelas dans l'enceinte ainsi qu'une compression résiduelle après insertion. 9. Enregistreur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte (2) comprend un appendice solidaire de ladite enceinte et comprenant des moyens formant support (12) propres à supporter une balise acoustique ou analogue. 10. Enregistreur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de mémoire (16) sont de type statique. 11. Enregistreur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens formant isolant thermique (14) sont constitués d'un matériau de type isolant passif, de type MIN-K ou MICROTHERM. 12. Enregistreur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte (2) est en acier. 13. Enregistreur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matelas sont non recouverts de feuille d'aluminium.