Brevet FR2841335A1 — publié le 20031226

sensible au rayonnement infra-rouge. PROCEDE t)E CONTROLE t)E L'ETANCHEITE C)'UN RESERVOIR b'UN AERONEF ET DISPOSITIF ASSOCIE POUR EQUIPER CES RESERVOIRS. La presente invention concerne un procede de controle de ltetancheite d'un reservoir d'un aeronef et un dispositif associe pour equiper ces reservoirs. On salt que les reservoirs d'avion vent principalement integres dans les ailes qui font elles-memes office de contenant. En effet, les ailes vent constituees de structures qui laissent un volume interieur ferme tres important. tees cordons de mastics techniques assurent ltetancheite sur toutes les lignes de jointure entre les plaques de couverture de la structure pour rendre ce volume interieur etanche. Ces cordons de mastics techniques permettent de supporter les variations de 0 temperatures et surtout offrent une elasticite qui accepte les deformations de cette structure lorsquteile est soumise aux contraintes de vol. Les reservoirs ainsi constitues vent generalement munis de separations pour realiser des compartiments independants. Le remplissage ou la vidange des reservoirs s'effectue par l'intermediaire d'une ou plusieurs prises d'avitaillement, auxquelles on connecte un adaptateur appele "accrocheur ou coupling", relic au reseau d'alimentation en carburant (citerne, cuves,...). Ces prises d'avitaillement vent standards et communes a tous les types d'aeronefs. Wiles se situent generalement a l'intrados des voilures. bans les avions, ces reservoirs vent equipes de purges en points teas de chaque aile, un pour chaque compartiment lorsqu'il y en a. Ces purges vent schematiquement des clapets qui, lorsqu'ils vent presses, laissent stecouler le fluide contenu dans ledit reservoir. Ces purges ont essentiellement comme application, l'ecoulement de l'eau de condensation accumulee dans les reservoirs. L'eau etant plus dense que le carburant, elle staccumule en point teas et c'est elle qui s'ecoule en premier lors des purges. Wiles servent egalement a drainer les reservoirs lors des operations de maintenance necessitant une ouverture des reservoirs af in d'y acceder. Par ailleurs, dans le cas des avions civils, ces reservoirs vent mis b l'air libre pour assurer un equilibrage des pressions internee queue que soit ['altitude de vol. On entend par avions civils, les avions de transport qui utilise une technologie civile, quel que soit l'exploitant, qu'il soit civil ou militaire. On entend par avion militaire, les avions de chasse dont la technologie est purement militaire et dont les contraintes vent specifiques. Cet equilibrage de pression est obtenu par une mise a l'air libre a travers une ouverture debouchante. Afin de ne pas perturber ltecouiement de l'air sur les surfaces ailaires, la prise d'air est du type Naca. Le controle des reservoirs est realise en cas de detection de fuite serieuse mais aussi a ['occasion des operations de maintenance programmee. En effet, l'agencement avec des cordons de mastic est une solution tres interessante techniquement mais elle engendre une detection delicate des origines de fuite. Un ecoulement visualise en un lieu ne conduit pas systematiquement a la presence d'une fuite au droit de ce lieu de visualisation. Le carburant peut tout a fait courir le long des structures sans permettre de localiser aisement le point diorigine de fuite et done le cordon defectueux. Une technique a ete mise au point pour permettre de detecter avec precision ces fuites. Il s'agit d'un dispositif qui utilise de ['helium comme gaz de detection ou de tra,cage et une sonde d'une tres grande sensibilite capable de detecter quelques molecules de ce gaz. Ce gaz est constitue par nature de molecules de tres petites tailles, ce qui facilite sa circulation et son passage meme a travers les ouvertures les plus infimes. De plus, il a une bonne tendance a se repandre dons un volume donne meme s'il n'y a pas de circulation forcee et il ne presente aucun risque d' explosion ou d' inf lammabi lite. Lors des operations de maintenance sur l'avion, les reservoirs vent entierement vices et ventiles, l'avion est mis sur verins et toutes les autres interventions sur l'avion vent realisees en temps masque. En ce qui concerne les reservoirs, les foites vent detectees en placant des 0 vessies sur les zones externes supposees fuyantes. Ces vessies vent etanches et forment une chambre d'injection, reliee a une source d'helium. Celui-ci diffuse d travers la fuite eventuelle et un operateur, ayant penetre dans le reservoir a travers un trou d'homme, deplace sa sonde le long des joints de mastic technique jusqu'a detecter le lieu exact de penetration de ['helium dans le reservoir provenant de la vessie, a travers la fuite. Le joint de mastic est retire et un nouveau joint est mis en place. Une fois les reservoirs repares et les autres interventions effectuees, l'aeronef est remis en service le plus rapidement possible car toute journee non exploitee coute tres cher d l'exploitant. L'avion est done remis sur roues et les pleins en carburant vent effectues. Il arrive alors que des fuites non detectees apparaissent. Cette situation n'est pas admissible car elle conduit obligatoirement a un prolongement de l'immobilisation de l'avion avec de graves consequences financieres mais aussi techniques. Il faut de nouveau vidanger les reservoirs, les ventiler et operer comme precedemment pour detecter la fuite residuelle. Toutes ces manipulations de carburant, conduisent a la mise en place de procedures contraignantes de securite vis a vis des risques d'incendie, d'explosion, mais egalement de pollution de l'environnement. be plus, il est bien connu que l'environnement carburant des reservoirs est un milieu favorable de developpement de micro-organismes sur les mastics, et done generateur de pollution des carburants en les rendant impropres a la consommation aeronautique compte tenu des exigences qualites. La reprise temporaire du carburant est delicate. Il y a done lieu d'aller vers des methodes propres de controle global des reservoirs pour que l'avion soit en conformite de faon certaine en sortie de maintenance b'autre part, il est un probleme tres specifique a ['aviation, celui des procedures. En effet, lorsque l'avion est en configuration de vol. c'est d dire quand aucun element ou soul-ensemble remettant en cause sa navigabilite n'est retire ou manquant, il est interdit de demonter certains elements, independamment du respect de la procedure complete. Le demontage des trous dthomme par exemple n'est plus possible sauf a respecter toutes les etapes de la procedure complete qui est necessairement lourde. Il conviendrait de disposer d'un controle technique integral des reservoirs, en configuration de vol. avant le remplissage des reservoirs et avant la remise en service de l'avion, plus particulierement avant de refaire les pleins. be plus, comme indique precedemment, aucune piece ne doit etre demontee ou remplacee. bans le cas des avions de chasse, les reservoirs vent pressurises, et les reservoirs vent generalement divises en plusieurs parties independantes, ce qui complique ['architecture mais aussi les controles. En effet, la verification des fuites devient beaucoup plus complexe et la penetration dans les reservoirs est plus delicate. Si, dans ce cas, les imperatifs financiers vent moins crucioux, la disponibilite est imperative si bien que les contraintes de maintenance et la detection des fuites eventuelles vent au moins aussi importantes que dans le cas des avions civils. Une autre contrainte surgit car ces controles utilisent des gaz tels que ['helium. Meme si ['helium en particulier est un gaz qui peut etre approvisionne avec un cout raisonnable, les operations de maintenance se trouvent regulierement repetees et les reservoirs de certains avions vent de grandes dimensions, ce qui conduit a des consommations importantes de ces gaz de controle. Il convient done de determiner un procede qui permettent de reduire ces consommat ions tout en permettant d es tests sat i sfa isants. La presente invention propose un procede de controle d'un reservoir d'un aeronef qui permet de tester ledit reservoir en configuration vol ainsi qu'un 0 dispositif associe pour la mise en ccuvre de ce procede. L' invention est maintenant decrite en detail suivant un mode de realisation particulier, non limitatif, en regard des dessins qui montrent: - figure 1, une vue d'une aile schematisee, en elevation avant, - figure 2, une vue d'une prise d'avitaillement equipee de son adaptateur d' injection, - f igure 3, une vue schematique d'une prise de purge equipee de son instrumentation, - f igure 4, une vue d'un schema des moyens d'injection, - figure 5, une vue detaillee en perspective dinne prise d'air Naca ainsi que le dispositif selon la presente invention, figures 6A et 6B, deux vues en coupe mediane de la prise d'air de la figure 5, avec le dispositif avant et apres mise en place, et - figure 7, une vue de dessus de cette meme prise d'air. Une aile 10 d'aeronef, en l' occurrence dans un premier cas, un avion civil, est utilisee comme reservoir 12 de carburant et pour la simplification de la description, on considere que l'aile constitue un seul et unique reservoir. En effet, sur la plupart des aeronefs, le carburant est reparti dans differents reservoirs pour plusieurs raisons, notamment securitaires. Y 2841 335 Une prise d'avitoillement, du type standard est egalement presente sur les ailes en communication avec l'interieur de l'aile afin de remplir en carburant le reservoir 12 qui y est constitue. Cette prise d'avitaillement est representee en detail sur la figure 2, suivant un mode standard de realisation. Wile comprend un corps 14, solidaire du reservoir par son interface 16, moyennant des joints d'etancheite adaptes, ceci de fa,con connue. Un noyou 18 interne et en position centree, assure le guidage de la tige 20 d'un clapet 22 mobile en translation. Ce clapet est de forme tronconique et vient porter sur un siege 24 equipe d'un joint 26 d'etancheite. Un ressort 28 plaque ce clapet en permanence sur le joint pour assurer une fermeture etanche. Cette prise d'avitaillement comprend en outre une bride de couplage 30, du type raccord pompier, prevue pour recevoir une prise d'avitaillement solidaire d'un tuyou d'alimentation en carburant. En au moins un point teas 32, il est prevu une prise de purge 34 du reservoir. Cette prise de purge, figure 3, comprend de fagon connue un clapet et une canne adaptee permet de manipuler ce clapet pour autoriser un ecoulement de fluide a travers ce clapet. Les operateurs peuvent ainsi evacuer regulierement l'eau qui est generalement issue des phenomenes de condensation lies aux variations de temperatures L'air penetrant dans le reservoir en lieu et place du carburant consomme presente un certain taux dthygrometrie. L'eau contenue se condense au cours de certaines etapes du vol. notamment durant les phases de changement d'altitude qui provoquent ces variations de temperatures. Une prise d'air 40 du type Naca, representee sur la figure 5 notamment, est installee sur l'aile avec une conduite 42 egalement en communication avec I'interieur du reservoir pour mettre en permanence l'interieur de ce reservoir en equipression avec l'exterieur, etant rappele qu'il s'agit d'un avion civil. Cette prise d'air comprend un logement 44 de forme sensiblement triangulaire dans le plan de l'aile et mais egalement dans un plan perpendiculaire. Au fond du logement, d 1'endroit de plus forte profondeur et de plus grande largeur, il est prevu une ouverture 46. Cette ouverture est reliee par la conduite 42 au reservoir pour placer le volume interieur en relation avec ltexterieur. Cette prise d'air est bien connue et grandement utilisee sur les aeronefs car elle evite d'engendrer des perturbations des flux d'air circulant sur les ailes. Cette prise d'air conserve un ecoulement laminaire sans creer de turbulences. Ce qui est generalement une amelioration aerodynamique pour d'autres mobiles en deplacement devient une obligation en aeronautique. Une fois le reservoir en configuration vol. on dispose du volume interieur du reservoir vice d controler avec trots points d'acces: - la prise 14 d'avitaillement carburant, - la prise de purge 34, et - I ' ouverture 40 de la prise d' air Naca. Le procede de detection de fuite d'un reservoir vice selon ['invention consiste a mettre ledit reservoir en pression d ['aide d'un gaz de detection, en l' occurrence de ['helium. Cette surpression P1 necessaire est tres faible, de l'ordre de 0,10 bars d 0,15 bars. Par contre ['helium doit etre injecte en quantite suffisante pour atteindre de preference en tout point du reservoir une concentration de 10 ppm d 20 ppm soit de 1'ordre de 5% d'helium par rapport d 1'air. Or, on se heurte d un probleme qui est celui de la diffusion de lihelium dans le reservoir car meme si ce gaz possede un bon pouvoir de diffusion, les differentes membrures, les renforts, les passages de la structure vent autant diobstacles qui ralentissent la diffusion. La pression dtinjection du gaz de detection se situe entre 0,5 bars et 3, 0 bars, en fonction du type d'aeronef teste. Pour injecter ce gaz, on dispose de moyens d' injection 48 specifiques, ayant une fonction de me langeu r. Ces moyens co mprennent une source 50 de gaz de detection, en ['occurrence de ['helium He, generalement distribue en bouteille 52 et une source 54 de gaz vecteur, par exemple un gaz neutre moins cher comme le dioxyde d'azote NO2 pour respecter le caractere inerte ou de l'air 56 issu du reseau d'air comprime du hall de maintenance. C>ans ce cas une vanne 58 trots voies permet de changer de source ou de prevoir un melange des deux. tees detendeurs 60, 62 permettent de regler avec precision la pression de sortie des gaz tandis que des vannes 64, 66 de debit autorisent un reglage du volume dispense. Il est prevu un equilibrage des pressions en 68 tandis qutune vanne 70 trots voies assure la distribution en un point d travers un catharometre 72. Une derriere electrovanne 74 de securite permet d'ajuster avec precision la pression d' injection du melange. Ce melange est ensuite distribue a travers un conduit 76 de sortie. Le detecteur utilise par l'operateur durant ses controles de traces du gaz de detection, l' helium dans l'exemple retenu, est avantageusement celui denomme "HELITEST", commercialise par la societe "VARIAN S.P A". Un tel detecteur presente une sensibilite telle qu'il detecte une concentration d'helium de 2 ppm. Pour injecter le gaz de detection dans le reservoir, on connecte l'alimentation a l' un des deux points d'acces, dans le cas present, c' est la prise d'avitaillement 14 qui est retenue. Le conduit 76 de sortie du melangeur est equipe d'une prise d'alimentation adaptee pour une connexion sur la bride de couplage 30 de la prise d'avitai l lement. Afin de pouvoir mesurer la concentration en helium dans le reservoir et atteindre ainsi un seuil minimum, il est necessaire de prevoir un point de prelevement distant du point dtinjection que constitue la prise d'avitaillement 14. La prise de purge 34 est done retenue a cet effet puisqu'elle est en place de fagon permanente et qutelle n'oblige a aucune ouverture ou modification de 0 l'avion en configuration vol. Cette prise est utilisee regulierement lors des phases de ravitaillement en carburant. A cet effet, on place un adaptateur sur la prise de purge 34. Cet adaptateur fait partie du dispositif selon la presente invention. Un schema de cet adaptateur est represente sur la figure 3, de fa,con simplifiee, en sorte de presenter les fonctions des differents elements. Il convient de realiser un adaptateur standard pouvant se monter sur chaque type de purge, cet adaptateur devant au moins remplir les fonctions indiquees ci apres. La prise de purge 34 comprend un clapet 80 soumis a ['action d'un element 82 de rappel tel qu t un ressort. Le clapet 80 comprend un joint 84 qui assure ltetancheite quand le clapet est soumis d cet effort de rappel. Un pion 86 solidaire du clapet est accessible de l'exterieur, dans une cavite 88. En exergant un effort sur ce pion, on souleve le clapet 80, a ltencontre de lt clement 82 de rappel, et on ouvre ledit clapet. L'adaptateur 90 comprend des moyens 92 d'accrochage sur ia prise de purge 34 existante, des moyens 94 de manccuvre d'ouverture du clapet 80, un conduit 96 relic a un catharometre 98 de mesure de la concentration en helium. On note que la prise de purge 34 ne demande oucune modification, seul l'adaptateur est realise pour convenir a la fonction recherchee. Ainsi que cela sera explique ulterieurement lors de la description du fonctionnement, le reservoir subit une mise en pression et il y a lieu de verifier de faon certaine cette mise en pression pour eviter toute augmentation susceptible d'endommager les structures. Pour mesurer l'accroissement de pression dans le reservoir, il faut pouvoir y acceder. La prise de purge pourrait aussi etre utilisee d cet effet mais dans le mode de realisation retenu, c' est par le troisieme point d ' acces que cette mesure est realisee a savoir la prise d'air 40, type Naca. C)e toutes les fa,cons, comme l'interieur de l'aile doit etre mis en legere pression, il faut necessairement obturer cette prise d'air. Ces moyens 100 d'obturation vent representes en detail sur les figures 6A et 6B. Ces moyens comprennent une platine 102 de forme conjuguee de celle du fond de la prise d'air Naca. Cette platine porte deux joints 104 et 106. Le premier joint 104 peripherique, visible sur la figure 7, suit sensiblement la forme exterieure du fond de cette prise d'air Naco. Quant au second joint 106, il suit le contour de l'ouverture 46 situee dans le fond de la prise d'air. Ainsi entre les deux joints, une surface S est definie. Un piquage 108 permet de se connecter au droit de cette surface S. Ce piquage recoit un connecteur sur une source de vice. Une telle source peut etre un venturi branche sur la source d'air comprime industrial disponible. Cette source de vice genere une depression D2. Cette depression D2 multipliee par la surface S sur laquelle elle s'exerce, conduit a une force resultante P2 qui a tendance a plaquer la platine contre le fond de la prise d'air. La depression C)2 ainsi creee doit etre de l'ordre de 0,7 bors a 0,8 bars maximum. Par contre, la pression du 9GZ de detection, ['helium, provoque sur la section de l'ouverture 46, une force resultante P1. Il convient que la force resultante P1 soit inferieure a la force P2 pour que la platine reste en place et obture la prise d'air lorsque la platine est plaquee manuellement sur le fond de la prise d'air Naca, ainsi que montre sur la figure 6B Cet agencement permet d'obturer la prise d'air sans recourir a un demontage ou a une modification des pieces en place. On salt que lorsque l'aeronef est en configuration vol. il n'est pas possible d'intervenir. L'obturateur de la prise d'air Naca permet egalement de faire un piquage de mesure de la pression du gaz dans le reservoir. Cette reprise de mesure permet de faire une lecture manuelle a ['aide d'un manometre pour avoir une seconde source de verification. Selon un perfectionnement, cette seconde mesure peut aussi permettre d'asservir des moyens automatiques de remplissage, quand cette option est retenue. La mise en ccuvre de l'agencement selon la presente invention est maintenant decrite. Le moyens d t injection vent mis en service et une pression d' injection est programmee ainsi qu'une concentration en helium. Les moyens de detection et de mesure vent connectes a la prise de purge et la platine est mise en place dans la prise d'air, manuellement. La source de vice est mise en service et ladite platine est plaquee dans le fond de la prise d'air. Le manometre est en service. Les moyens d' injection vent commandes pour injecter le melange de gaz. 2841 335 Le taux d' helium injecte en melange est de l'ordre de 10% et lorsque le catharometre au point de purge indique une concentration de 5%, ['injection est stoppee. En effet, cela veut dire que la concentration est comprise entre 5 et 10% au plus, ce qui permet d'affiner les mesures et d'economiser du gaz de detection. En effet, si l'on injecte du gaz d 100% d'helium, compte tenu de la diffusion retardee par les obstacles, lorsque la mesure au point de purge enregistre 5%, l'operateur se retrouve avec un gradient important entre le point d' injection d % et le point de mesure d 5%, ce qui peut engendrer des disparites de 0 detection en plus d'une consommation excessive de gaz. be ce fait, le reservoir peut done etre maintenu sous legere pression avant de refaire les pleins pour un controle exhaustif final. Il suffit ensuite pour l'operateur de deplacer le detecteur d' helium sur toute la surface concernee de l'aile formant reservoir. Si une fuite du reservoir laisse echapper de ['helium, meme en tres faible quantite, il est possible de le determiner et done de proceder aux interventions jugees necessaires avant que l'aeronef n'ait quitte le lieu de maintenance et ne soit remis en service. Cette operation pouvant etre effectuee au plus tot durant le cycle de maintenance de l'aeronef, on evite ainsi de fa,con quasi certaine le risque de prolongement de l'immobilisation pour cause de fuites carburant. On note que sur les trots points d'acces, on pourrait intervertir les roles des differents points: ['injection du gaz de detection au point de purge, le controle de pression au droit de la prise d'avitaillement et la detection de la concentration en gaz de detection au droit de la prise d'air. C:ans ie cas d'un avion militaire, les reservoirs vent exempts de prises d'air Naca puisque les reservoirs vent en pression au cours du vol. Il faut done qu'ils constituent des enceintes closes si bien que le probleme de liobturation des prises d'air ne se pose plus. Par contre, ces reservoirs comprennent des prises de purge ayant les memes fonctionnalites ainsi que des prises d'avitaillement. C>e plus, les reservoirs vent maintenus d des pressions differentes en fonction de leurs positions dans les ailes. Plus le reservoir concerne est eloigne du fuselage et done des moteurs, plus la pression de fonctionnement est elevee. Lors du controle de ltetancheite des reservoirs, il faut done pouvoir faire les tests avec une mise en pression au moins egale a la pression nominale de fonctionnement. La mise en ccuvre est done identique avec une adaptation de la pression du gaz de detection qui doit etre ajustee d la valeur de consigne associee au reservoir concerne. Le probleme de la diffusion du gaz dans chaque reservoir est plus crucial car les obstacles vent encore plus nombreux dans ce type d'avion militaire que dans les avions civils. De plus, I'exigute des volumes est aussi une contrainte. La detection une fois le reservoir mis en pression avec le gaz de detection, le controle steffectue de la meme faon que precedemment. - - 2841335 REVENDICA1IONS 1. Procede de controle d' un reservoir d' un aeronef en configuration vol. muni d'au moins une prise (14) d'avitailiement et d'au moins une prise (34) de purge, caracterise en ce qu'il comprend les etapes suivantes: connecter une alimentation (76) en gaz de detection sur au moins une des prises (14) d'avitaillement ou de purge (34), - connecter un adaptateur (90) pour la mesure de pression et/ou le controle de la concentration en gaz de detection sur au moins une des prises (34) de purge quand l'alimentation (76) est connectee sur une des prises (14) d'avitailiement ou sur une des prises (14) d'avitaillement lorsque l'alimentation (76) est connectee sur une des prises (34) de purge - injecter dans le reservoir du gaz de detection sous pression P1, et - detecter a la peripherie du reservoir la presence de gaz de detection issue d' une eventuelle fuite. 2 Procede de contro^le d'un reservoir selon la revendication 1, caracterise en ce que l'on injecte un melange d'un gaz de detection et d'au moins un gaz vecteur. 3. Procede de controle d'un reservoir selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que, dans le cas d'une presence de prises d'air (40) d'equilibrage de pressions associees audit reservoir, on obture chaque prise d'air (40) d'equilibrage de pressions au moyen d'un dispositif (100) d'obturation a depression D2 - 4. Procede de controle d'un reservoir selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que l'on assure une depression D2 telle que, multipliee par lo section S sur laquelle elle s'exerce, elle genere une force P2 2841 335 superieure a la force resultant de la pression P1 du gaz de detection, multipliee par la section d'ouverture de la prise d'air. 5. Procede de controle d'un reservoir selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que on utilise de lthelium comme gaz de detection. 6. [)ispositif pour la mise en ccuvre du procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce qu'il comprend des moyens d'injection qui comprennent une source (52) de gaz de detection et au moins une source (54,56) de gaz vecteur, des moyens (72) de controle de la concentration en gaz de detection et des moyens (74) de contro^le de la pression de sortie du melange. 7. bispositif selon la revendication 6, caracterise en ce que, dans le cas de la presence d'une prise d'air (40), du type Naca, il comprend des moyens (100) obturateurs, composes d'une platine (102) epousant la forme de cette prise d'air (40) et munie d'au moins deux joints (104,106) determinant au moins une surface S et d'un piquage (108) de connexion a une source de vice debouchant au droit de cette surface. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caracterise en ce qu'il comprend un adaptateur (90) de connexion sur une prise de purge (34), compose de moyens (92) d'accrochage sur la prise de purge (34) existante et au moins des moyens (98) de mesure de pression et/ou de concentration en gaz de detection. 9. Dispositif selon la revendication 6, 7 ou 8, carocterise en ce que moyens (100) obturateurs de la prise d'air (40) vent equipes d'un piquage de mesure de la