Brevet FR2956906A1 — publié le 20110902

-1- DESCRIPTION La présente invention a pour objet un dispositif d'orientation d'un système dans le sens de la chute, en l'occurrence celui d'un système de détection d'impact au sol ou sur un plan d'eau, d'un véhicule (aéronef, bâtiment marin, véhicule spatial, automate) se mouvant aléatoirement suite à une avarie dans un espace tridimensionnel et ceci quelque soit la position du véhicule au moment de l'impact. Les détecteurs de chocs déjà existants n'apportent de réponse que pour des véhicules de la circulation routière et ferroviaire, encore que, ce détecteur n'est adapté que pour le déplacement dans un seul sens, vers l'avant. Ce détecteur est insensible et inutile en cas d'un choc latéral du véhicule (latéral à la cellule de détection) car sa conception est orientée et possédant donc une polarité entre l'avant et l'arrière. Critère qui doit être respecté pour son installation sur les véhicules et qui ne se déclenchera qu'en cas de choc frontal. Son principe, une masselotte magnétique ou pas, coulissant dans un conduit tubulaire, qui grâce à son mouvement d'inertie viendrait actionner un interrupteur ou générant une impulsion par le biais d'une bobine, suite à un choc. Actuellement, plusieurs solutions existent pour répondre à une détection de choc frontale d'aéronef, il se trouve qu'un aéronef en avarie a autant de chance de tomber sur l'un de ses autres côtés. Les systèmes déjà existants ont des lacunes et ne répondent pas à toutes les attentes de détection de ce genre de véhicule qui ne se meut pas que sur une surface pseudo-plane. On parlera dans ce qui suit de « détecteur d'impacts » pour ne pas confondre avec « détecteur de chocs » déjà existants. La présente proposition apporte des réponses mieux adaptées et plus efficaces pour des véhicules se mouvant dans un espace tridimensionnel, cas des aéronefs, sous-marins et véhicules spatiaux ... En ce qui concerne les véhicules se mouvant dans un espace tridimensionnel, type aéronefs, et au vu des paragraphes précédents, le détecteur de choc n'est pas adapté, car tout simplement, un aéronef en cas d'avarie, ne tombe pas obligatoirement sur sa face avant, et il est équiprobable qu'il impacte le sol sur l'un ou l'autre de ses différents côtés ; un aéronef, en cas d'avarie, perd le contrôle de ses mouvements et de son orientation, la trajectoire de sa chute est donc hasardeuse. Pour les aéronefs, un système de détection d'impact orientable, suivant le sens de chute de l'aéronef, est nécessaire pour qu'une telle détection puisse être garantie et interprétée efficacement par les balises et /ou le système central de l'aéronef. -2- Le détecteur d'impact proposé (Figure2), offre cette possibilité grâce à son système mécanique pivotant et orientable de façon gravitationnelle (Figure5) et qui suit en tous instants la position colinéaire à la direction et le sens haut-bas, et cela quelque soit la position spatiale de l'aéronef au moment de l'impact. Le principe est : une cellule basée sur une sonde à effet de Hall plaquée à un aimant, l'écartement de ce dernier génère une tension en sortie de la sonde. Cette cellule est abritée au centre d'un boîtier, une coquille cylindrique protectrice, dotée de deux bascules en son sein permettant une orientation de la cellule toujours vers le bas (sens de chute). Suite à un impact et/ou une décélération anormalement supérieure à un seuil déterminé, ceci induit l'écartement d'un aimant, initialement plaqué à une sonde à effet de Hall, grâce au mouvement d'inertie, et se traduit par une variation du flux magnétique embrassé par cette même sonde, ce qui génère à sa sortie une tension proportionnelle à cette variation de flux magnétique. Par transitivité, la tension générée à la sortie de la sonde est proportionnelle à la nature et à la puissance de l'impact subi par le véhicule. Un système à microcontrôleur permettra une analyse très fine du signal issu de la sonde à effet de Hall, ce signal reflétant la puissance de l'impact. La sonde peut être de type UGN3503 un composant électronique de très petite taille, ou équivalent. La sonde à effet de Hall délivre un signal proportionnel à l'intensité et la nature de l'impact subi par l'aéronef. Après amplification de ce signal, un traitement des deux paramètres d'amplitude et de durée relatifs aux divers cas de décélération, non décelables par de simple comparaison de seuils, permet de conforter une prise de décision ou non, par un système à microcontrôleur, selon l'imminence de l'impact au regard des paramètres prédéfinis et sauvegardés, l'ajustement de ces derniers est donc aisément opérable par programmation et évidemment en corrélation avec le type, le poids et les caractéristiques du véhicule. Une deuxième variante de la cellule de détection (Figure10) et (Figure1 l) consiste à placer un bobinage (22) autour de la cavité (8) abritant l'aimant (10) et le ressort (12) qui y est associé. Le déplacement de l'aimant et donc son flux magnétique induit une impulsion proportionnelle à l'intensité et la nature de l'impact. Une troisième variante peut être imaginée par un système à base d'un accéléromètre piézoélectrique (Figure12), des résistances fonctionnent en jauge de contrainte, ce qui leur permet d'enregistrer la déformation de la plaquette (20) sollicitée par une masse (21) sensible aux décélérations -3- du véhicule suivant le sens de déplacement. Le capteur piézo-électrique est constitué de quatre piézo-résistances montées en pont de Wheatstone sur une fine plaquette. Le traitement par microcontrôleur de ces deux dernières variantes est le même que pour celle basée sur une sonde à effet de Hall. Ce système peut intégrer une seconde cellule qui se chargera de ne détecter que le choc frontal et donc sera installée en parallèle à l'axe de l'aéronef. Il ne sera utile que dans l'éventualité d'un heurt de l'aéronef contre un objet sur sa trajectoire en déplacement au sol ou en vol normal, horizontal. La cellule de détection (1)(Figure7) comporte une coquille cylindrique (7) en matière composite ou un alliage léger, une cavité (8) cylindrique concentrique en son sein, un capteur « sonde à effet de Hall » (9) est incrusté de manière fixe sur la section haute de cette cavité (figure1) et (Figure8) ; on vient plaquer contre cette sonde un aimant (10), l'autre face de cet aimant est collée sur une rondelle en caoutchouc (11) elle-même fixée sur un ressort (12) (Figure9). En se comprimant sous l'effet du mouvement d'inertie de l'aimant (10) suite à un impact, ce ressort (12) permettrait à l'aimant de coulisser et donc de s'écarter de la sonde. Ce déplacement est facilité grâce à une ou plusieurs rainures (13) latérales et longitudinales de part et d'autre, de la cavité (8), qui laissent échapper l'air d'un côté à l'autre de la cavité (8) ce qui éviterait de faire des ouvertures vers l'extérieur éludant ainsi le problème de l'introduction de l'humidité ou de toute autre matière qui risquerait de remettre en cause le bon fonctionnement. Une seconde solution (figure 8) est envisageable par la création d'un ou plusieurs conduits (14) encastrés dans les parois (7) et reliant le bas avec le haut de cette cavité (8) de la cellule (1), ces deux dernières solutions à base de rainures ou de conduits sont évidemment applicables telles quelles à une cellule dont le principe est basé sur une bobine. Une troisième solution consisterait à faire le choix d'un aimant muni d'un trou, il va de soi qu'un aimant percé en son centre ou sur ses bords ou un quelconque étui l'abritant et qui lui, soit muni du-dit perçage aboutisse également au même but, celui de laisser l'air passer et maintenir une fluidité normale de déplacement. Le dispositif d'orientation est constitué de deux bascules, une bascule rectiligne (5) imbriquée dans une seconde circulaire (6), concentriques et pivotant chacune sur son propre axe de rotation (Figure5), les deux axes sont perpendiculaires. La cellule de détection (1) est une coquille cylindrique (Figurez), solidaire et perpendiculaire à la bascule rectiligne (5), cette dernière est un bras pivotant autour de son axe horizontal (Figure4), ce bras est articulé à ses deux extrémités sur deux chevilles (15a) et (15b) faisant partie de la bascule circulaire. Cette dernière bascule circulaire (6) pivote elle- -4- même sur deux autres chevilles (16a) et (16b), deux extrusions de part et d'autre placées sur son axe et qui s'articulent dans deux trous symétriques (17a) et (17b) sur les sections du boîtier (4) cylindrique protecteur, qui lui, est solidaire du véhicule qui l'emporte ; ce qui permet à la cellule (1) de rester orientée toujours vers le bas et colinéaire à la verticale. Cette orientation est aidée et favorisée par un poids métallique (18) placé sur la partie de dessous de la cellule de détection. Pour garantir cette fonction de détection d'impact de véhicule en chute libre et aléatoire, aérienne ou marine, il est nécessaire d'équiper ces véhicules par ce système capable de s'orienter automatiquement et naturellement vers le bas (sens de chute), grâce à la gravité et son système rotatif sur deux axes perpendiculaires (Figure5). Des connecteurs pivots sont nécessaires, afin d'assurer la continuité électrique du câblage (19) et permettant des rotations libres entre la bascule rectiligne (5) et la bascule circulaire (6) et entre la bascule circulaire et le boîtier cylindrique protecteur (4). Dessins annexes illustrant la présente invention La figure 1 : représente une coupe par le centre de tout le dispositif de l'invention, boîtier cylindrique protecteur, bascule circulaire, bascule rectiligne, cellule de détection, passage du câble , pour une variante de ce dispositif basé sur la sonde à effet Hall, et rainures latérales. La figure 2 : représente l'ensemble du boîtier cylindrique protecteur et son contenu intérieur grâce à la mise en transparence d'une demi-coquille du dit cylindre. La figure 3 : représente la bascule circulaire, son sens de rotation et les chevilles. La figure 4 : représente la bascule rectiligne, bras portant la cellule de détection. La figure 5 : représente les deux bascules et la cellule de détection centrée et solidaire de la bascule rectiligne ainsi que le sens de rotation des deux bascules. La figure 6 : représente la bascule rectiligne seule « bras ». La figure 7 : représente la cellule de détection. La figure 8 : représente une coupe longitudinale de la cellule et de la bascule rectiligne la portant, ainsi que le passage dans le bras du câblage de détection et d'alimentation. C'est une variante de ce dispositif basé sur une sonde à effet Hall et utilisant un conduit entre le bas et le haut de la cavité. La figure 9 : représente les différents éléments du coeur de la cellule de détection, la sonde à effet de Hall, l'aimant, la rondelle en caoutchouc, le ressort et le câblage de la sonde de Hall, une variante de ce dispositif basé sur la sonde à effet de Hall. 5- La figure 10 : représente une coupe longitudinale de la cellule et de la bascule rectiligne la portant ainsi que le passage du câblage de détection et d'alimentation. C'est une variante de ce dispositif basée sur une bobine et utilisant deux rainures entre le bas et le haut de la cavité. La figure 11 : représente les différents éléments du coeur de la cellule de détection, la bobine, l'aimant, la rondelle en caoutchouc, le ressort et le câblage de la bobine, une variante de ce dispositif basée sur une bobine. La figure 12: représente une coupe longitudinale de la cellule et de la bascule rectiligne la portant, l'élément piézoélectrique ainsi que le passage du câblage de détection et d'alimentation. C'est une variante de ce dispositif basée sur un accéléromètre piézoélectrique. REVENDICATIONS1) Dispositif d'orientation d'un système dans le sens de la chute, en l'occurrence - mais de façon non exclusive - celui d'un système de détection d'impact suite à une avarie de véhicule (aéronefs, bâtiments marins, véhicules spatiaux, automates) se mouvant aléatoirement dans un espace tridimensionnel et ceci quelque soit la position du véhicule au moment de l'impact, caractérisé en ce qu'il comporte un système de deux bascules concentriques (Figure5) et dont les deux axes de rotations sont perpendiculaires, la première bascule peut être un « bras » rectiligne (5) pourvu d'une poche (3) en son centre, accueillant solidairement et perpendiculairement la cellule détectrice d'impact (1), cette bascule pivote autour de son axe horizontal et s'articule sur deux chevilles (15a) et (15b), ces dernières sont solidaires d'une seconde bascule (6) qui peut être de forme circulaire et qui pivote à son tour sur deux autres chevilles (16a) et (16b), deux extrusions, qui s'introduisent et s'articulent dans deux trous (17a) et (17b) d'un boîtier (4) protecteur et solidaire du véhicule l'emportant et englobant l'ensemble, la cellule détectrice d'impact (1) et les deux bascules (5) et (6). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cellule (1) est munie d'une cavité cylindrique (8) et concentrique dont la paroi interne porte une ou plusieurs rainures (13) longitudinales opérées de part et d'autre et parallèles à son axe, favorisant le déplacement de l'aimant; cette cavité (8) contient en son sein un aimant (10) plaqué sur la section haute de cette cavité, l'autre côté de l'aimant est collé à une rondelle en caoutchouc (11) elle-même fixée sur un ressort (12) et lui-même fixé sur l'autre section basse de cette cavité (8). 3) Dispositif selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que la cavité ne porte pas des rainures mais un ou plusieurs conduits (14) reliant le bas avec le haut de cette cavité et encastrés dans les parois (7) de la cellule, évitant la gêne par compression de l'air. 4) Dispositif selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que la cavité ne porte pas de rainures mais dont l'aimant est muni d'un trou central ou sur ses bords, ou un quelconque étui l'abritant et qui lui soit muni de ce trou, évitant la gêne par compression de l'air et ainsi facilitant le déplacement de l'aimant. 5) Dispositif selon la revendication (1 et 2) ou (1 et 3) ou (1 et 4) caractérisé en ce que la cellule de détection (1) est basée sur une sonde à effet de Hall (9) incrustée et fixée sur la section haute de la cavité (8) à laquelle est plaquée un aimant (10) associé à une rondelle (Il) et un ressort (12), le câblage (19) de la sonde passe via un perçage (2) au milieu du bras de la bascule rectiligne. -7- 6) Dispositif selon la revendication (1 et 2) ou (1 et 3) ou (1 et 4) caractérisé en ce que la cellule de détection (1) est à base d'une bobine (Figure10) placée concentriquement autour du ressort (12), un aimant coulisserait au milieu de la bobine (22) suite à un impact, le câblage (19) passerait via un perçage (2) au milieu du bras de la bascule rectiligne. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cellule de détection (1) est à base d'un accéléromètre piézoélectrique (20) et (21) placé seul dans la cavité (8) de la cellule (1), la déformation de la plaquette (20) piézoélectrique sollicitée par une masse (21) sensible suite à un impact, le câblage (19) passerait via un perçage (2) au milieu du bras de la bascule rectiligne. 8) Dispositif selon les revendications 5, 6 ou 7 caractérisé en ce que un système à microcontrôleur permettra une analyse du signal généré après un impact, à la suite duquel une décision sera prise selon l'imminence de l'impact, au regard des paramètres prédéfinis et sauvegardés. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cellule (1) porte en dessous, côté extérieur, une masse métallique (18) favorisant l'orientation vers le bas. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des connecteurs pivots assurant la continuité électrique du câblage (19), aux niveaux des chevilles (15a) et (16a), et garantissant la liberté des rotations aux articulations entre bascule rectiligne (5) et bascule circulaire (6), et entre bascule circulaire (6) et boîtier cylindrique (4).