Brevet FR2814002A1 — publié le 20020315

La présente invention concerne une installation de com- mutation d'énergie d'un réseau de distribution d'énergie électrique embar- quée dans un hélicoptère, l'installation de commutation d'énergie assurant le branchement/coupure de l'alimentation en énergie entre un distribu- teur principal et des consommateurs et se composant d'au moins une console de commande placée au-dessus de la tête et comportant des moyens de commutation. Dans un hélicoptère, il y a de nombreux appareils électri- ques et électroniques installés dans un volume extrêmement étroit. Les expressions installations, appareils ou ensembles électriques évoqués ci- après comprennent évidemment les moyens électroniques. Il existe des installations appareillées ensemble qui sont sensibles à l'influence élec- tromagnétique. Une telle influence peut être un rayonnement électroma- gnétique ou une émission électromagnétique. La compatibilité électromagnétique, appelée CEM représente la capacité d'une installation électrique de fonctionner correctement dans un environnement électroma- gnétique sans influencer cet environnement d'une manière inacceptable. Si les installations électriques de tout type ne se perturbent pas récipro- quement ni ne se limitent pas le fonctionnement, on parle de compatibilité électromagnétique. Ce n'est que dans ces conditions que les installations, appareils et ensembles peuvent fonctionner correctement. En d'autres termes, cela signifie que l'émission des pertur- bations par une installation doit se situer entre autre en dessous de la ré- sistance aux perturbations d'un autre appareil. Cela concerne par exemple les antennes et les appareils électroniques pris de manière générale. Dans les mêmes conditions, on a également des appareils et des câbles électri- ques qui exercent une influence magnétique lorsqu'ils ne sont pas proté- gés. Une source principale d'influence électromagnétique est constituée par les câbles d'alimentation d'énergie dans un hélicoptère. Il s'agit du réseau de tension continu alimentant les consommateurs à cou- rant fort et courant faible. Selon l'état de la technique, ces câbles sont re- groupés dans un faisceau de câbles communs. Ce faisceau de câbles combine également des lignes de commande. Dans le cas d'un tel faisceau de câbles on peut arriver à une émission dirigée ou à une surmodulation de perturbations d'une ligne fonctionnant comme émetteur (par exemple un câble à courant fort) vers un câble " récepteur ". Un tel câble récepteur aboutit à un consommateur de courant faible ou peut même être une an- tenne sensible. Or, il est à peine possible pour des raisons d'encombrement limité, de séparer du faisceau de câbles les câbles per- turbateurs et les câbles perturbés. Selon l'état de la technique, une batterie et des générateurs de tension continus fournissent l'énergie électrique à un répartiteur prin- cipal (boite principale). Le répartiteur principal fait partie de l'installation de distribution d'énergie. L'installation de distribution d'énergie comprend des moyens techniques pour répartir et commuter l'énergie électrique en- tre la source et l'utilisateur. Le distributeur principal se trouve dans la partie arrière de la cellule de l'hélicoptère. A partir du distributeur principal, l'énergie élec- trique arrive par un grand nombre de câbles d'alimentation en énergie jusque dans le cockpit, au niveau du tableau de commande placé au- dessus de la tête. Ce tableau de commande (panneau placé au-dessus de la tête se trouve dans le cockpit au niveau de la coquille du plafond de la cellule de l'hélicoptère. Les câbles d'alimentation en énergie arrivent au moyen de commutations fonctionnant de manière mécanique (ouver- ture/fermeture) ou sur les fusibles. Les moyens de commutation sont par exemple des interrupteurs électriques ou électroniques pour ouvrir ou fermer un circuit électrique. Le tableau qui porte ces commutateurs est installé dans le cockpit au-dessus de la tête (c'est-à-dire au niveau de la coquille de la tête de la cellule d'hélicoptère); ce panneau est appelé con- sole placée au-dessus de la tête. Ce panneau comprend une installation de commutation qui doit alimenter ou couper l'énergie vers les consomma- teurs. A partir de ce tableau, d'autres câbles de puissance vont vers les différents consommateurs. Ces consommateurs sont par exemple l'ordinateur de navigation et d'avionique, des équipements spéciaux tels que le treuil de secours, un projecteur de recherche, l'installation de cli- matisation, les installations de radar, l'ordinateur qui commande les mo- teurs et le pilote automatique. Le treuil, le projecteur et l'installation de climatisation sont des consommateurs importants de courant fort. L'installation de commutation d'énergie comprend au moins une console de commande placée au-dessus de la tête avec des commu- tateurs ou interrupteurs et des branchements de câbles. Le passage de l'énergie du distributeur principal vers le consommateur correspond pour l'essentiel à l'installation de distribution d'énergie. Pour que l'influence électromagnétique soit aussi réduite que possible c'est-à-dire qu'elle reste à l'intérieur de la plage de tolérance, on blinde les câbles et les installations électriques. La technique du blin- dage des conducteurs (ligne de commande) et des câbles (câbles d'alimentation en énergie) consiste par exemple à torsader les conducteurs électriques et à faire passer chaque câble dans une gaine métallique. L'enveloppe de la gaine métallique doit être reliée à un ruban collecteur métallique pour compenser le potentiel. L'application de la technique du blindage augmente le poids de l'ensemble de l'installation électrique et électronique. Pour des raisons d'encombrement, il n'est pratiquement pas possible d'installer séparément des câbles d'alimentation en énergie et des lignes de commande pour des consommateurs de courant électrique fort et des consommateurs de cou- rant électrique faible. C'est pourquoi les câbles sont posés dans un même faisceau de câbles. Malgré la technique du blindage, on rencontre des champs parasites considérables qui peuvent perturber le système d'antenne, le système de commande et le système de navigation. De tels champs parasites au niveau du faisceau de câbles peuvent être injectés dans les lignes de commande des appareils. La qualité de fonctionnement de tels appareils perturbés se situe généralement en dehors de la plage de tolérance. Ce peut également entraîner la défaillance de certains appareils ou ensembles qui ont finalement une influence considérable sur la sécu- rité de vol de l'hélicoptère. Dans la construction d'une cellule d'hélicoptère, on utilise des fibres composites perméables à tous les champs perturbateurs élec- tromagnétiques extérieurs. Ces fibres offrent seulement de manière spé- ciale une protection contre l'influence électromagnétique de l'extérieur si elles sont en mailles métalliques laminées et elles n'assurent pas une éli- mination totale du rayonnement incident provenant d'émetteurs externes perturbateurs. Les mailles métalliques créent une cage de Faraday. Les différents segments des mailles métalliques doivent être reliés aux rubans collecteurs métalliques. Ce moyen crée également un problème croissant de poids. La présente invention a pour but de perfectionner la sécu- rité de fonctionnement des appareils électriques et électroniques dans un hélicoptère en réduisant l'influence électromagnétique sans augmenter le poids de la technique de blindage et sans encombrement supplémentaire dans la cellule de l'hélicoptère. Ce problème est résolu en ce qu'au moins un panneau de protection en liaison électrique avec un distributeur principal, comporte au moins un commutateur de protection électronique relié à la borne d'alimentation d'énergie et à une borne de consommateur, et le commu- tateur de protection électronique est commandé par une unité de com- mande reliée par un câble optique à un commutateur de commande de la console de commande, et le commutateur de commande reçoit par un câ- ble optique, un signal de commande d'un photoémetteur de base qui re- connaît la tension appliquée à la borne d'alimentation et forme le signal de commande. Il est avantageux que pour plusieurs commutateurs de commande, un câble guide de lumière parte d'un photoémetteur de base pour les alimenter avec un signal de commande commun. Le câble guide de lumière forme à l'autre extrémité un point en étoile relié au différents commutateurs de commande. L'utilisation de câbles guides de lumière entre la plaque de protection électronique (qui correspond à une unité de protection électro- nique (ordinateur)) et la console de commande au-dessus de la tête, ont réduit considérablement l'influence électromagnétique. De façon avanta- geuse, tous les câbles de transmission d'énergie entre le distributeur prin- cipal et la console de commande au-dessus de la tête sont supprimés. Cela se traduit par une réduction considérable de poids pour le câblage. On obtient également une réduction de poids du câblage Jusqu'à présent il fallait deux câbles conducteurs de courant par con- sommateur reliés à la console de tête, alors que maintenant il suffit d'un câble guide de lumière par consommateur. La commutation directe de l'énergie utilisée jusqu'alors (coupure/branchement) du courant vers les différents consommateurs au niveau de la console de commande au-dessus de la tête est déplacée en direction du distributeur principal, vers la plaque de protection qui sera installée au niveau du distributeur principal. Le courant vers le consom- mateur sera branché ou coupé par un commutateur de protection électro- nique du tableau de protection. Le tableau de protection est relié directement au distributeur principal. Le commutateur de protection électrique forme un ensem- ble avec un composant semi-conducteur par exemple réalisé sous la forme d'un interrupteur de puissance CMOS qui commande le passage de l'énergie. La présence de la tension continue au niveau du distributeur principal et ainsi au niveau de la plaque de protection et finalement à l'entrée du commutateur électronique, est affichée par un photoémetteur de base installé à cet endroit et qui fournit un signal lumineux. Ce signal lumineux est transmis par un câble optique au point étoile et de là il ar- rive dans chaque commutateur optique de la console de commande placée au-dessus de la tête. Ce signal lumineux correspond à un signal de com- mande de la logique de commande d'une unité de commande du commu- tateur de protection électronique. Ce commutateur de protection électronique est relié à l'unité de commande électronique qui commande la fermeture ou l'ouverture des commutateurs de protection électronique. Ainsi par com- mutateur de protection on a un câble optique entre le tableau de protec- tion et la console de commande placée au-dessus de la tête. La réussite de la commutation du commutateur de protec- tion électronique (par exemple la fermeture) peut déclencher en sortie dans un photoémetteur de canal installé au niveau du commutateur de protection, un signal optique. Ce signal optique est alors envoyé en retour par le câble optique existant à un afficheur à photoémetteur de la console de commande placée au-dessus de la tête. Le photoémetteur d'affichage montre par sa lumière que le commutateur de protection est fermé. L'unité de commande reçoit ainsi ses signaux de commande des commutateurs de protection de la console de commande placée au- dessus de la tête. La logique de commande déclenche le commutateur de puissance CMOS. En position de fermeture du commutateur de protec- tion, une installation de protection contre les surintensités, surveille le dépassement d'une valeur limite du courant par un courant accidentel. Le courant accidentel déclenche dans l'installation de protection de surinten- sité, un signal de courant accidentel ou courant de défaut qui commande l'unité de commande pour ouvrir le commutateur de protection électroni- que et couper le passage du courant. L'utilisation de câbles optiques entre la plaque de protection et la console de commande au-dessus de la tête libère un espace de câ- blage supplémentaire qui permet maintenant d'installer les lignes d'alimentation et l'énergie séparément de la plaque de protection et de réaliser les blindages d'une manière moins limitée en volume et ainsi plus libre. Partant du tableau de protection, on peut avoir une distribution en étoile des câbles d'alimentation électrique vers les consommateurs. Cela permet une réduction considérable de l'émission électromagnétique. Dans le cas de consommateurs à courant faible, cette répartition en étoile peut se faire toujours avec des lignes torsadées. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins an- nexés dans lesquels: - la figure 1 montre le schéma de l'installation de répartition d'énergie d'une installation d'énergie embarquée dans un hélicoptère, - la figure 2 montre l'installation de commutation de l'énergie. La figure 1 montre en coupe longitudinale le contour d'une cellule d'hélicoptère 100. A l'intérieur de la cellule d'hélicoptère 100 on a représenté schématiquement l'installation de répartition d'énergie 1 vers les principaux consommateurs. L'installation de répartition d'énergie 1 est en principe formée d'un distributeur principal 2 avec au moins un tableau de sécurité (l'unité de sécurité électronique). L'énergie électrique reçoit du distributeur principal 2, à partir d'une batterie 4 ou d'un générateur de tension continue 5. Ces moyens peuvent être commutés l'un ou l'autre sur le distributeur principal 2 pour qu'au moins la batterie 4 ou le générateur alimente le distributeur principal 2. Le distributeur principal 2 peut être activé par un connecteur de bord 6 ou être séparé de l'alimentation d'énergie. Cela correspond à un commutateur principal. Le distributeur principal 2 peut fournir la tension continue au tableau de sécurité ou de protection 3. Le tableau de protection 3 peut se composer de plusieurs parties de plaques de sécurité, distinctes. Cette forme peut être indépen- dante du concept de sécurité. Par exemple dans le cas d'une alimentation d'énergie double (avec deux générateurs) la plaque de sécurité peut être doublée (deux fois). Le nombre de parties de plaques de sécurité (égale- ment appelées modules de plaques de sécurité) dépend du nombre de con- sommateurs. Un tableau de protection 3 se compose également au moins d'une partie de panneau de protection 31. Dans le cas d'une partie de plaque de sécurité, la plaque de sécurité 3 comporte au moins un moyen de commutation. Le moyen de commutation assure la commutation du courant dans l'installation de distribution d'énergie 1. De manière avantageuse, on supprime la commutation en charge au niveau de la console de commande au-dessus de la tête prati- quée selon l'état de la technique. Cela améliore la compatibilité électroma- gnétique CEM et l'encombrement disponible pour la pose de câbles. Le moyen de commutation est constitué par un commutateur de protection ou disjoncteur électronique. Pour un consommateur, le distributeur principal 2 est relié à un câble de courant à l'entrée d'un commutateur de protection électro- nique du panneau de protection 3. De chaque commutateur de protection électronique par un seul câble comme canal de câble 81, 91, 101, 111, 121, 131, vers un consommateur. De tels consommateurs sont par exem- pie l'installation de climatisation 8, le treuil de secours 9, l'appareil radar , l'ordinateur avionique 11, les ensembles électriques 12 du moteur, l'éclairage hors bord 13 entre autres. Le second câble de consommateur disparaît car le distributeur principal 2 et le consommateur sont reliés par un système de tension continue par un collecteur électrique commun (bande collectrice (non représentée)). Le nombre de parties de plaques de sécurité peut également être optimisé du point de vue des demandes d'inspection ainsi que pour l'espace disponible pour son installation. La console de commande 7 placée au-dessus de la tête commande par les câbles optiques 14, les différents commutateurs de protection électronique équipant le panneau de protection 3, c'est-à-dire le passage du courant pour ouvrir ou pour fermer. La figure 2 montre d'autres détails et caractéristiques du panneau de protection 3 et de la console de service 7 placée au-dessus de la tête, par rapport à la figure 1. Selon la figure 2, on peut avoir plusieurs parties de pan- neau de protection 31...n et un nombre égal correspondant de parties de consoles de service au-dessus de la tête 71...n. Les différentes parties de parmnneau de protection 31...n et les différentes parties de consoles placées au-dessus de la tête 71...n sont regroupées comme un seul module dans un unique appareil du panneau de protection 3 et de la console de com- mande 7 placée au-dessus de la tête. Les explications suivantes concernent une unique partie du panneau de protection 31 et sa coopération avec une partie de console de commande 71 placée au-dessus de la tête; ces explications se générali- sent pour d'autres parties de plaques de sécurité n ou des parties de con- soles de commande n placées au-dessus de la tête et ainsi pour le panneau de protection 3 et la console de commande 7. La partie du panneau de protection 31 (ou plaque de pro- tection) comporte au moins un commutateur de protection électronique (disjoncteur électronique) 311 ayant une unité de commande électronique 312, une installation de protection de surintensité 313 (par exemple une installation de Shunt 313) et un photoémetteur de canal 314. Une entrée de l'unité de commande 312 et la sortie du photoémetteur de canal 314 sont reliées par un optocoupleur (non représenté) par exemple des opto- coupleurs à deux voies par un cable optique 711. Le câble optique 711 est relié par son autre extrémité à un interrupteur de commande optoélectronique 712 de la partie de console de commande 71 placée au-dessus de la tête. Cet équipement de la partie du panneau de protection 31 peut être répété n fois suivant le nombre n de consommateurs. La partie du panneau de protection 31 porte également un seul photoémetteur de base 310 relié à un câble d'alimentation en énergie par exemple le câble A1. La partie de console de commande 71 placée au dessus de la tête comporte au moins le commutateur de commande opto- électronique 711 et un photoémetteur d'affichage 713. Cet équipement peut être répété n fois dans la console de commande placée au-dessus de la tête 71. De plus on a un point étoile 714 pour le branchement des câbles optiques des autres commutateurs de commande n. Entre la partie du panneau de protection 31 et la partie de console de commande 71 au- dessus de la tête, on a un câble optique par commutateur protégé. Lors de la mise en route du distributeur principal 2 avec la tension pour activer le connecteur de bord 6, les bornes de branchement d'alimentation en énergie A1...An reçoivent la tension. La tension appliquée à la borne d'alimentation en énergie A1 met en même temps en route le photoémetteur de base 310. Ce photoémetteur de base 310 se trouve avantageusement sur la partie du panneau de protection 31 et il est relié à un coupleur optique (non représenté) qui reçoit le câble optique 700. Le photoémetteur de base 310 peut fournir en continu un signal lumineux stationnaire mais également des signaux lumineux en mode impulsionnel par un branchement complémentaire approprié. Ce signal lumineux stationnaire ou signal lumineux en mode impulsionnel est transmis par le câble optique 700 jusqu'au commutateur de com- mande 712 de la partie de console de commande 71. L'interrupteur de commande 712 peut être un bouton manuel. La surface du bouton peut être éliminée en fonction de l'état de la partie du panneau de protection 31. On indique ainsi à l'utilisateur que l'alimentation en énergie est bran- chée et que le signal de commande est prêt à commuter le commutateur de protection électronique 311. En touchant ou en poussant le bouton on ferme le chemin de faisceau et le signal de commande sera transmis à l'unité de commande 312 (elle correspond à un ensemble logique électro- nique); à l'arrivée du signal de commande (signal optique) le commutateur de protection électronique 311 se ferme et alimente ainsi en courant à partir du commutateur de protection électronique 311 de la partie de panneau de protection 31 reliée directement au consommateur. Une autre hypothèse pour l'opération de commutation est que l'unité de commande soit branchée sur le courant. Si le branchement du consommateur par la partie du pan- neau de protection 31 a réussi, le photoémetteur de canal 314 du pan- neau de protection 31 qui est reliée en sortie au canal de câble B 1 (câble d'alimentation électrique) génère un signal lumineux ou signal optique qui est transmis également par un autre coupleur optique (non représenté) au câble optique 711 existant déjà; ce signal est affiché par un photoémet- teur d'affichage 713 de la partie de console de commande 71. Ce photo- émetteur d'affichage 713 est nécessairement localement dans le montage de l'interrupteur de commande 712. Le signal lumineux fourni par le photoémetteur de base 310 du panneau de protection 31 comme signal de commande pour tous les commutateurs de commande optoélectroniques 712 peut être utilisé par la partie de console de commande 71. Pour cela, le câble optique 700 peut être utilisé comme point étoile 714 pour tous les interrupteurs de com- mande électronique de la partie de console de commande 71. Cela corres- pond à une utilisation rationnelle du signal de commande. D'autres interrupteurs de commande peuvent être reliés au câble optique 700 par des points d'embranchement sur le câble. Une action sur la touche ou un contact de la touche ferme les contacts. Pour le signal lumineux comme signal de commande, le che- min est alors libre vers l'unité de commande 312 qui convertit comme en- semble logique, le signal lumineux en un signal électrique. Le signal électrique commande alors un commutateur de protection électronique 311 constitué par un composant semi-conducteur par exemple un com- mutateur de puissance CMOS. Le commutateur de protection électronique 311 est surveillé pour le courant c'est-à-dire qu'une intensité en dehors de la plaque de to- lérance produit l'ouverture du commutateur de protection 311. L'ouverture du commutateur de protection 311 peut également se faire par un retour automatique (remise à l'état initiale; reset) à l'aide d'une touche de remise à l'état initial (touche non représentée). On peut également prévoir de réaliser cette fonction de re- mise à l'état initial par une touche supplémentaire. Les valeurs de déclen- chement du commutateur de protection électronique sont analogues à celle d'une intensité maximale qui est autorisée à traverser le commuta- teur de protection électronique. Les valeurs de déclenchement du courant sont réglables individuellement pour chaque commutateur de protection électronique au niveau d'une installation de Shunt. Dans l'installation de shunt 313 on détecte le courant passant dans une résistance et en cas de courant de défaut, un circuit de protection contre les courants de défaut (circuits non représentés) fournit un signal à l'unité de commande 312 pour ouvrir le commutateur de protection 311. L'installation de protection de surintensité 313 se trouve sur la partie de plaque de sécurité 31. Cette installation protège le commutateur de protection 311. Elle peut par exemple coopérer avec un Shunt. L'interrupteur de commande 312 est réalisé de façon analo- gue à un interrupteur électrique connu. L'interrupteur de commande peut être utilisé par le personnel de service de l'hélicoptère et passer d'une po- sition ouverte à une position de fermeture. Un levier en mécanique fine entraîné par une touche bloque le passage du flux lumineux en coupant celui-ci. Cela se fait en glissant un diaphragme entre deux lentilles opti- ques. Lorsqu'on extrait le diaphragme du chemin du faisceau, la lumière peut être émise sans être retenue. Le passage au niveau de la lentille opti- que est entaché d'une faible atténuation. La valeur de l'atténuation dans l'application décrite est négligeable. Le relais optique fonctionne de la même manière. Le diaphragme est déplacé dans ce cas par un électroai- mant. Après avoir enlevé le doigt de la touche, l'interrupteur de commande 712 s'ouvre de nouveau et coupe le passage du faisceau. L'interrupteur de protection électronique 311 reste néanmoins fermé. A l'intérieur du cable optique 711 on peut transmettre en parallèle des signaux lumineux de longueurs d'ondes différentes. Dans ce sens, le photoémetteur de base 311 pour afficher qu'il est prêt à commuter émet une autre fréquence que le photoémetteur de canal 314 pour afficher l'état de " fermeture " dans un seul et même cable optique 711. REVENDICATIONS 1 ) Installation de commutation d'énergie d'un réseau de distribution d'énergie électrique embarquée dans un hélicoptère, l'installation de com- mutation d'énergie assurant le branchement/coupure de l'alimentation en énergie entre un distributeur principal et des consommateurs et se composant d'au moins une console de commande placée au-dessus de la tête et comportant des moyens de commutation, caractérisée en ce que au moins un panneau de protection (3) en liaison électrique avec un dis- tributeur principal (2), comporte au moins un commutateur de protection électronique (311) relié à la borne d'alimentation d'énergie (A1) et à une borne de consommateur (Bi) et le commutateur de protection électronique (311) est commandé par une unité de commande (312) reliée par un câble optique (711) à un commutateur de commande (712) de la console de commande (7) et le commutateur de commande (712) reçoit par un câble optique (700), un signal de commande d'un photoémetteur de base (310) qui reconnaît la tension appliquée à la borne d'alimentation (Ai) et forme le signal de commande. 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' un câble optique (700) est prévu pour plusieurs commutateurs de com- mande (712-n), pour leur fournir un signal de commande commun du photoémetteur de base (310). 3 ) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu' une extrémité du câble optique (700) forme un point étoile (714) relié au commutateur de commande (712). 4 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour chaque commutateur de protection (311) il est prévu un câble opti- que (711) entre le panneau de protection (3) et la console de commande (7). ) Installation selon la revendication 1, caractérisée par une installation de protection de surintensité (313) montée entre la borne d'alimentation en énergie (A1) et le commutateur de protection (311), et qui en cas de courant accidentel forme un signal appliqué à une entrée de l'unité de commande (312) pour que celle-ci commande l'ouverture du5 commutateur de protection (311).