Brevet FR2932585A1 — publié le 20091218

L'invention concerne un calculateur pour aéronef, notamment sa structure et celle des modules amovibles associés. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Les aéronefs sont équipés de divers calculateurs pour assurer les diverses fonctions permettant à l'aéronef de remplir sa mission. Parmi des calculateurs, on peut citer les calculateurs de vol, qui sont chargés de manoeuvrer les diverses gouvernes aérodynamiques en réponse à des ordres du pilote ou d'un pilote automatique, le calculateur de propulsion, chargé de gérer les propulseurs de l'aéronef, le calculateur de freinage et d'orientation au sol de l'aéronef. Dans les architectures classiques, chaque fonction est assurée par un calculateur dédié. Cette ségrégation totale permet d'éviter qu'une panne de l'un des calculateurs ne conduise à la perte d'une autre fonction. Cependant, cette architecture est lourde et encombrante. Parfois, certaines des fonctions sont regroupées et assurées par un même calculateur. Par exemple, il existe des calculateurs assurant à la fois le freinage de l'aéronef et sa direction au sol au moyen des roues orientables de l'atterrisseur auxiliaire. Cependant, la panne du calculateur entraîne la perte simultanée des deux fonctions. Plus récemment, on a proposé une architecture modulaire dite IMA (pour Integrated Modular Avionics), dans laquelle chacune des fonctions est assurée par un module dédié, tous les modules étant reçus de façon amovible dans un unique boîtier, chaque module comportant sa propre alimentation, ses propres moyens de traitement et ses propres moyens d'entrée/sortie. Il est donc à prévoir que les calculateurs aéronautiques présenteront de plus en plus une structure modulaire. OBJET DE L'INVENTION L'invention vise à proposer une structure de calculateur modulaire particulièrement simple à fabriquer. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon l'invention, on propose un calculateur d'aéronef comportant un boîtier avec une carcasse dans laquelle sont insérés des modules amovibles, chacun des modules comportant : - une carte à circuit imprimé portant des composants électroniques ; un cadre raidisseur en métal disposé contre la carte à circuit imprimé, le cadre raidisseur comportant un longeron qui s'étend le long d'un premier côté de la carte à circuit imprimé, deux bras externes qui s'étendent depuis le longeron le long de deux côtés adjacents, et au moins un bras central qui s'étendent depuis le longeron parallèlement aux bras externes ; - un capot en tôle ayant un plat qui recouvre une face libre du cadre raidisseur. Ainsi, la carte à circuit imprimé participe à la rigidité du module, en formant d'un côté du raidisseur un élément plat rigide qui, avec le plat du capot de l'autre côté, contribue à donner à l'ensemble une grande résistance mécanique. Qui plus est, le contact du capot avec le cadre raidisseur assure une continuité thermique et électrique entre ces deux éléments. Le cadre forme ainsi un radiateur qui transmet par conduction la chaleur au capot. En outre, les connecteurs qui relient le module à des cartes de fond du boîtier peuvent avantageusement prendre place entre les extrémités des bras de sorte qu'ils ferment naturellement les volumes internes définis entre les bras et fermés d'un côté par la carte à circuit imprimé et de l'autre côté par le capot. De préférence, le capot en tôle se prolonge par un retour à angle droit qui recouvre le longeron du cadre raidisseur et qui se termine par une bavette qui vient en contact avec le capot d'un module adjacent ou la carcasse du boîtier. On assure ainsi très facilement une continuité électrique entre les capots et la carcasse du boîtier. Qui plus est, la face d'introduction des modules du boîtier est, lorsque tous les modules sont en place dans le boîtier, entièrement fermée par les retours des capots. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière des figures des dessins annexés, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier d'un calculateur selon un mode particulier de réalisation de l'invention, capable de gérer les fonctions de freinage, de manoeuvre des atterrisseurs, et d'orientation au sol ; - la figure 2 est une vue en coupe du boîtier au niveau du module maître ; - la figure 3 est un schéma de principe expliquant e fonctionnement du boîtier des figures 1 et 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un boîtier selon un mode particulier de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe du boîtier et de l'un des modules selon la ligne V-V de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue en perspective éclatée d'un des modules dédiés du boîtier de la figure 4. DESCRIPTION DETAILLE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 et 2, le calculateur de l'invention comporte un boîtier 1 comportant plusieurs emplacements pour recevoir de façon amovible divers modules dont : - un module maître 10 ; - plusieurs modules dédiés 20 (un seul est représenté ici), dont, dans l'application envisagée ici, un module dédié au freinage, un module dédié à la man�uvre des atterrisseurs, un module dédié à l'orientation au sol de l'aéronef, un module dédié à la fonction de détection de l'aéronef. Chacun des modules se compose essentiellement d'une carte à circuit imprimé portant, sur l'un des ses bords, un connecteur d'alimentation et de communication interne référencé 11 sur le module maître 10 et 21 sur chaque module dédié 20, et un connecteur d'entrée/sortie référencé 12 sur le module maître 10 et 22 sur chaque module dédié 20. Les connecteurs d'alimentation et de communication interne 11,21 coopèrent, lorsque les modules sont en place dans le boîtier, avec des connecteurs homologues 14,24 disposés sur une carte d'alimentation et de communication interne 3 s'étendant en fond de boîtier. La carte d'alimentation et de communication interne 3 est reliée par un connecteur non visible ici à une alimentation externe de l'aéronef, de sorte que de l'énergie soit transmise aux modules par la carte 3. De même, les connecteurs d'entrée/sortie 12,22 coopèrent, lorsque les modules sont en place dans le boîtier, avec des connecteurs homologues 17,27 disposés sur une carte d'entrée/sortie 5 s'étendant également en fond de boîtier. La carte d'entrée/sortie 5 est électriquement reliée à une carte d'interconnexion 6 qui porte des connecteurs externes 8/18/28 et porte des organes de filtrage permettant de filtrer les signaux ou la puissance qui viennent de l'extérieur du boîtier. Sur la figure 2, les supports qui maintiennent les cartes 3,5 et 6 en fond de boîtier n'ont pas été représentés, pour plus de clarté. La description est maintenant poursuivie en référence à la figure 3 sur laquelle la carte d'alimentation et de communication interne 3 d'une part et les cartes d'entrée/sortie 5 et d'interconnexion 6 d'autre part ont été représentées de part et d'autre des modules pour plus de clarté. La carte d'interconnexion 6 porte un connecteur de puissance 8 par lequel la puissance en provenance du circuit d'alimentation de l'aéronef est apportée au boîtier 1. La puissance transite par la carte d'entrée/sortie 5, via les connecteurs 12,17, vers un organe de gestion d'alimentation 13 disposé sur le module maître 10. L'organe de gestion d'alimentation 13 reçoit la puissance de l'aéronef, le calibre, et la redistribue aux modules dédiés 20 par des lignes de puissance 15 portées par la carte d'alimentation et de communication interne 3. De préférence, l'organe de gestion de l'alimentation 13 comporte un filtre, un transformateur, et des organes de coupure sélective 16, par exemple des interrupteurs commandés, permettant d'autoriser sélectivement l'alimentation ou au contraire de couper l'alimentation de chacun des modules dédiés 20. L'organe de gestion de l'alimentation 13 surveille en permanence l'impédance de chaque ligne de puissance 15 aboutissant à chacun des modules dédiés, et si l'impédance de l'une des lignes de puissance 15 devient faible, ce qui signifie que la ligne concernée est ouverte, l'organe de gestion de l'alimentation 13 commande alors l'organe de coupure sélective 16 correspondant pour couper l'alimentation du module dédié 20 concerné. De même, si l'impédance de l'une des lignes puissance 15 devient importante, ce qui signifie que le module 20 dédié est en court-circuit, l'alimentation du module dédié concerné est coupée. Le module dédié défaillant est alors mis hors d'état de fonctionnement, et la fonction assurée par ce module cesse d'être remplie. La carte de puissance et de communication interne 3 porte en outre un réseau de communication interne 9, symbolisé ici en pointillés, qui permet de relier chacun des modules 10,20 entre eux de sorte que les modules dédiés 20 puissent échanger des informations avec le module maître 10. Le réseau de communication interne 9, comme les lignes de puissance 15, sont ici reliées aux modules par le même connecteur, référencé 11 pour le module maître 10 et 21 pour les modules dédiés 20. Le boîtier comporte un connecteur 18 pour la connexion du module maître 10 avec un bus de données de l'aéronef, par exemple un bus ARINC 429 grâce auquel des informations numériques telles que la vitesse de l'aéronef peuvent être fournies à une unité centrale 29 implantée sur le module maître. Le connecteur 18 est porté par la carte d'interconnexion 6. Les données sont alors transmises à la carte de filtrage 5 qui porte le connecteur 17 par lequel ces données sont transmises au module maître 10. La carte de d'interconnexion 6 porte également divers connecteurs analogiques 28 qui permettent à chaque module dédié 20 de recevoir des données analogiques en provenance de capteurs de l'aéronef, et d'envoyer des ordres analogiques à divers organes commandés par le module dédié concerné. Par exemple, le module dédié au freinage reçoit des signaux en provenance des freins, comme la pression imposée par les pistons sur les disques de freins, les signaux provenant des potentiomètres équipant les pédales de freins du pilote et du copilote, un signal provenant de la commande de frein de parc, et renvoie des ordres à destination des servovalves de freinage ... Le module dédié à la manoeuvre des atterrisseurs reçoit des signaux en provenance des différents capteurs de position associés aux éléments mobiles à manoeuvrer (atterrisseurs, trappes, crochets de verrouillage...) et envoie des ordres aux vannes de commande des vérins de manoeuvre. Les données sont filtrées, par des organes de filtrage 23 disposés sur la carte d'interconnexion 6, et sont transmises à la carte d'interconnexion 5 qui interface chacun des connecteurs 28 au module dédié concerné. On remarquera que les connections intermodules, assurées par la carte 3, sont strictement ségréguées des connections externes du calculateur 8,18,28 portées par la carte d'interconnection 6. Les modules dédiés 20 comportent essentiellement des modules de gestion d'entrée/sortie 25. Ils sont adaptés d'une part à recevoir des signaux analogiques depuis les connecteurs 28, les mettre en forme numérique, les grouper, et de les rendre disponibles via le connecteur de communication 21 pour l'ensemble des modules du calculateur via le réseau de communication interne 9. Ces données sont utilisées par des moyens de traitement informatique 29 portés par le module maître 10, qui met en oeuvre les traitements nécessaires à l'exécution de l'ensemble des fonctions assurées par le calculateur de l'invention. les moyens de traitement informatique 29 génèrent des ordres qui sont renvoyées vers le module dédié 20 concerné. Cet ordre est transformé en un signal analogique et renvoyé vers les moyens d'entrée/sortie 25 du module dédié 20 concerné. Les moyens d'entrée/sortie 25 formatent l'ordre en un signal analogique qui est envoyé à l'actionneur correspondant, via le connecteur 28 associé. Ainsi, les moyens de traitement informatique 29, tout comme les moyens de gestion de l'alimentation 13, sont regroupés sur le module maître 10. Les modules dédiés 20 ne comportent que des moyens d'entrée/sortie 25 comportant des moyens logiques de bas niveau, destinés uniquement à assurer le conditionnement et la transmission des signaux d'entrée/sortie. Les modules dédiés 20 sont donc plus simples que leurs équivalents dans l'architecture IMA qui comportent chacun leur propre organe de gestion de l'alimentation et leurs propres moyens de traitement informatique. Selon un aspect particulier de l'invention, les modules dédiés 20 sont équipés en aval du connecteur de communication 21 de moyens de désabonnement sélectif par le module maître. En l'occurrence, les moyens de désabonnement sélectif comprennent des tampons d'entrée/sortie 26 à trois états, dont un état passant dans un sens, un état passant dans l'autre sens, et un état de haute impédance. Par exemple, on pourra utiliser des tampons (ou buffers) de type 74HC245. Les tampons d'entrée/sortie 26 sont commandés par le module maître 10 via le réseau de communication interne 9 de la façon suivante. Les tampons d'entrée/sortie 26 sont a priori dans l'un des états passants, selon le sens des données qui circulent. Le module maître 10 surveille en permanence la cohérence des données circulant sur le bus de communication interne 9 de la carte de communication 6. En cas d'incohérence des données provenant de l'un des modules dédiés 20, le tampon 26 associé est placé par le module maître 10 dans l'état de haute impédance. Ainsi, le module dédié concerné est désabonné du bus de communication interne 9. Pour assurer une isolation complète de la fonction ainsi inhibée, le logiciel exécuté par les moyens de traitement informatique 29 du module maître 10 est de préférence partitionné de sorte que la partie de code correspondant à la fonction inhibée soit rendue inopérante et ne puisse plus être exécutée. Selon un autre aspect particulier de l'invention, chacun des modules dédiés 20 comporte des moyens d'inhibition 31 adaptés à inhiber le module dédié concerné en réponse à des ordres d'inhibition générés à l'extérieur du boîtier 1 et transmis au module dédié par le connecteur 28 concerné. Ainsi, si le module maître 10 défaillait au point d'activer une fonction de façon intempestive, il est possible d'inhiber de l'extérieur le module dédié 20 concerné de sorte que celui-ci n'envoie pas à l'extérieur des ordres d'actionnement des organes associés. En pratique, les moyens d'inhibition sélective 26 comportent un circuit logique programmable du type FPGA, donc une logique de bas niveau, peu onéreuse. Les moyens d'inhibition 31 sont adaptés à empêcher tout envoi d'ordre par le module dédié inhibé vers les actionneurs associés. L'architecture de l'invention présente plusieurs avantages par rapports aux architectures connues : elle fait appel à un module maître 10, relativement sophistiqué, mais pouvant être produit en série, ce qui en abaisse les coûts de fabrication. Ce module maître est identique quelque soit l'aéronef envisagé. Seul le logiciel mis en oeuvre par les moyens de traitement informatique 29 est spécifique. On peut cependant envisager un logiciel standard, pourvu que l'on conçoive ce logiciel avec des possibilités étendues de paramétrage. Elle fait également appel à plusieurs modules dédiés chacun à une fonction précise, très simples donc peu coûteux. Chacun des modules dédiés peut être standardisé de façon poussée. Par exemple, le module de freinage peut être adapté à gérer quatre freins, de deux roues freinées portées deux par deux sur les atterrisseurs principaux. Ce type de module de freinage pourra alors être utilisé pour la quasi-totalité des avions d'affaires, des avions régionaux, ainsi que sur les avions de ligne monocouloirs du type A320 ou B737. Chaque module dédié comporte en série un nombre déterminé d'entrées/sorties, suffisant en pratique pour couvrir toutes les applications envisagées. Elle fait enfin appel à un boîtier dont la taille est facilement adaptable au nombre de modules à recevoir. Le boîtier et les cartes de fond associées peuvent être prévues en plusieurs tailles standard, fonctions du nombre de modules à recevoir. Comme il est évident pour l'homme du métier, le calculateur de l'invention n'offre pas une ségrégation totale des fonctions, puisque l'alimentation et le traitement informatique sont assurés par le seul module maître 10 pour tous les modules dédiés. Cependant, la défaillance d'un module dédié peut être circonscrite en interrompant son alimentation et en l'isolant du bus de communication, de sorte que cette perte n'entraîne pas la perte des fonctions assurées par les autres modules dédiés. Ainsi, les fonctions assurées jouissent d'une grande disponibilité. Pour améliorer encore la disponibilité de l'ensemble des fonctions assurées, on pourra intégrer dans un même boîtier deux modules maîtres 10, ou encore prévoir dans un même aéronef deux calculateurs selon l'invention. Le fonctionnement du boîtier de l'invention étant maintenant expliqué, on va maintenant décrire en détail un mode particulier de fabrication d'un tel boîtier en relation avec les figures 4 à 6. Sur la figure 4, on reconnaît le boîtier 1, qui comporte une carcasse 50 en tôle fermée d'un côté par un fond rapporté 55 (non visible ici, mais visible en coupe à la figure 5) qui porte les connecteurs du boîtier, donc les connecteurs analogiques 28 que l'on voit ici dépasser. Des pieds de fixation 51 sont rapportés sur les flancs de la carcasse 50 pour permettre la fixation du boîtier 1 à la structure de l'aéronef. Le boîtier 1 est ouvert sur une face opposée au fond 55, deux des bords de cette face étant découpés pour comporter des pattes de fixation 52, rabattues ici vers l'intérieur, qui permettent de fixer les modules 10,20 lorsqu'ils sont en place dans le boîtier 1 au moyen de vis 53. Des rails de guidage sont fixés à l'intérieur du boîtier 1 pour guider les modules 10,20 lors de leur mise en place. Les cartes 3,5,6 sont reçues en fond de boîtier 1. Chacun des modules dédiés 20 comporte une carte à circuit imprimé 60 qui est vissée sur un cadre raidisseur 61 réalisé ici en aluminium et qui comporte un raidisseur 62 duquel s'étendent deux bras externes 63 et un bras central 64. Le raidisseur 62 s'étend le long du côté de la carte à circuit imprimé 60 qui est opposé au côté de celle-ci recevant les connecteurs 21,22. Quant aux bras externes 63, ils s'étendent le long des deux autres côtés de la carte à circuit imprimé. Les connecteurs 21,22 s'étendent chacun entre les extrémités d'un des bras externes 63 et du bras central 64 pour saillir de la carte à circuit imprimé 60 et coopérer avec les connecteurs homologues 4,7 respectivement portés par la carte d'alimentation 3 et la carte de communication 6 en fond de boîtier. On remarquera que les composants électroniques par la carte à circuit imprimé 60 s'étendent du côté de la carte qui reçoit le cadre raidisseur 61. Ce côté est recouvert d'un capot 65 en tôle qui comporte un plat 66 qui vient s'appuyer contre la face extérieure des bras 63,64 du cadre raidisseur 61 et qui est fixé à ce dernier au moyen de vis 67. On assure ainsi une continuité thermique et électrique entre le cadre raidisseur 61 et le capot 65. Le plat 66 cache les composants électroniques portés par la carte à circuit imprimé 61. Le plat 66 se prolonge par un retour à angle droit 68 qui recouvre le raidisseur 62 du cadre raidisseur 61 et qui comporte deux orifices 69 pour laisser passer les vis 53 de fixation du module au boîtier 1. Le retour 68 se prolonge au-delà de la carte à circuit imprimé 60 et se termine par une bavette 70 légèrement orientée vers l'extérieur de sorte que lorsque le module est en place dans le boîtier, la bavette 70 vienne en contact avec le capot du module adjacent, pour réaliser une continuité électrique entre les capots de tous les modules enfichés dans le boîtier 1. Pour assurer la continuité électrique entre les capots 65 et la carcasse 50 du boîtier 1, celle-ci comporte des bavettes similaires à celles des capots 65 qui s'étendent le long 14 des côtés 71,72 référencés sur la figure 4 pour venir en contact avec les capots des modules adjacents à ces côtés. Comme cela est visible à la figure 4, les retours 68 des capots 65 ferment la face ouverte du boîtier 1. Pour faciliter l'extraction des modules, le cadre raidisseur 61 comporte deux poignées 73 qui s'étendent dans le prolongement des bras externes 63, de l'autre côté du raidisseur 62. On voit sur la figure 4 les poignées 73 qui dépassent du boîtier 1, facilitant la manipulation des modules. Quant aux connecteurs, ils sont tenus par des vis 77 qui traversent le capot 65 et la carte à circuit imprimé 60. On remarquera qu'ils ferment les volumes internes délimités entre les bras du cadre raidisseur 61, la carte à circuit imprimé 60 et le capot 65. Ainsi, la structure mécanique de chaque module est ici particulièrement simple. Sont rajoutés à la carte à circuit imprimé 60 un raidisseur 61 faisant également office de radiateur et un capot 65 en tôle découpée, le tout étant assemblé simplement à l'aide de vis. Trois des côtés de la carte à circuit imprimé sont en appui contre le cadre raidisseur, tandis que le quatrième côté est relié au capot par les connecteurs. L'ensemble ainsi constitué est particulièrement rigide et léger. Ce qui vient d'être ici dit pour le module dédié 20 est bien entendu valable pour le module maître 10. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, le connecteur 18 reliant le boîtier 1 au bus de données de l'aéronef et le connecteur de puissance 8 pourront être regroupées dans un seul et même connecteur. 15 Il importe dans tous les cas que les données venant du bus de données de l'aéronef et la puissance venant de l'aéronef soient filtrées afin de protéger le boîtier d'éventuelles perturbations électromagnétiques. REVENDICATIONS1. calculateur d'aéronef comportant un boîtier (1) avec une carcasse (50) dans laquelle sont insérés des modules amovibles (10,20), chacun des modules comportant : - une carte à circuit imprimé (60) portant des composants électroniques ; - un cadre raidisseur (61) en métal disposé contre la carte à circuit imprimé du côté de la face de celle-ci qui porte les composants électroniques, le cadre raidisseur comportant un longeron (62) qui s'étend le long d'un premier côté de la carte à circuit imprimé, deux bras externes (63) qui s'étendent depuis le longeron le long de deux côtés adjacents de la carte à circuit imprimé, et au moins un bras central (64) qui s'étend depuis le longeron parallèlement aux bras externes ; - un capot (65) en tôle ayant un plat qui recouvre une face libre du cadre raidisseur. 2. Calculateur d'aéronef selon la revendication 1, dans lequel le capot (65) en tôle se prolonge par un retour (68) à angle droit qui recouvre le longeron (62) du cadre raidisseur (61) et qui se termine par une bavette (70) qui vient en contact avec le capot d'un module adjacent ou la carcasse du boîtier. 3. Calculateur d'aéronef selon la revendication 1, dans lequel le cadre raidisseur (61) comporte des poignées (73) qui s'étendent en saillie du longeron (62) du côté opposé aux bras. 4. Calculateur selon la revendication 1, dans lequel le boîtier comporte au moins une carte de fond (3,6) 17 avec des connecteurs pour sa liaison à chacun des modules, chaque module amovible (10,20) comportant un connecteur correspondant qui s'étend le long d'un côté de la carte à circuit imprimé (60) entre les extrémités de deux bras.5