Brevet FR2957680A1 — publié le 20110923

-1- DESCRIPTION La présente invention a pour objet une balise de localisation et de détresse, ainsi qu'une solution substitutive aux boîtes noires en cas d'avarie d'un véhicule (aéronef, bâtiment marin, véhicule spatial, automate...). La nouveauté et l'originalité de cette balise est qu'elle possède un module de stockage de données, en plus qu'elle est flottante et éjectable grâce à un système innovant garantissant son déclenchement, basé entre autre sur un détecteur d'impact orientable selon le sens de chute de l'aéronef, récemment déposé à l'INPI sous le numéro national: 10/00791 et un système amortisseur de chute basé sur un mini-parachute et qui permet de plus une dérive appréciable, un éloignement de la balise en cas d'embrasement de l'aéronef, rendant ainsi inutile un blindage excessif de la balise. Cette balise concerne le domaine aéronautique et tout véhicule nécessitant une localisation précise et/ou une restitution à distance des données utiles à l'amélioration et la compréhension des raisons de l'avarie ainsi que de porter secours aux rescapés dans de brefs délais. Cette solution, viendrait en complément (le doublement des systèmes en aéronautique est gage de fiabilité) et en attendant qu'une transmission des données par satellite soit effective. Une solution à base de satellites n'est pas dénuée de failles et plus particulièrement durant les périodes d'éruptions solaires cycliques et imprévisibles, qui produisent des éjections de masse coronale (vent solaire) affectant les systèmes électriques et de transmissions terrestres et satellitaires provoquant des dysfonctionnements de communications ; sans occulter que des défaillances techniques du système de transmission entre l'aéronef et les stations de réceptions est aussi plausible... La balise de cette invention est garante d'une sauvegarde fiable des données devant toutes ces éventualités. Les balises déjà existantes ne sont pas adaptées à un milieu mouvant et très agité tels que les Mers et les Océans. De même, le procédé actuel (la balise étant physiquement liée au véhicule qui la porte) présente des complications au moment de sa récupération suite à une avarie, ainsi que des risques de destruction auxquels elle s'expose et qui rendraient son contenu inexploitable. De plus, la balise signale seulement sa position alors qu'elle devrait signaler aussi celle de l'appareil qui la porte, en effet, lors d'une avarie la balise ne se trouve pas systématiquement au même endroit que l'aéronef à cause des dérives dues aux conditions météorologiques exécrables, de phénomènes naturels tels que les courants marins qui dispersent les différentes parties de l'aéronef. Ainsi, certaines épaves n'ont pu être que tardivement récupérées ou -2- définitivement perdues avec des conséquences de perte d'indices utiles et/ou une impossibilité d'exploitation des enregistrements et ceci malgré les moyens de recherche colossaux mis en oeuvre et de haut niveau technologique. En plus une localisation tardive enlève toute chance de secourir d'éventuels survivants. Un autre inconvénient est que les balises existantes émettent pendant une durée limitée à quelques jours seulement puis deviennent muettes ce qui annihile toute chance de les retrouver. Paradoxalement, la mobilité des balises sur les mers qui est un inconvénient car la balise s'éloigne de l'endroit où gît l'avion, cette mobilité devient nécessaire et utile dans un milieu statique sur les terres, afin d'éviter de faire subir à la balise le même sort que l'aéronef, destruction par le feu, écrasement mécanique ... et donc menacer son utilité. Par conséquent, à un moment donné il serait judicieux de séparer la balise de l'aéronef. Cette invention est une balise qui apporte des réponses aux lacunes que les boîtes noires et les balises déjà existantes ne remplissent pas. La balise proposée peut se substituer aux deux précédemment citées grâce à ses caractéristiques novatrices : > D'une part étant éjectable, elle est protégée par l'évitement contre toute destruction par le feu et/ou par l'écrasement mécanique, ainsi elle ne subira pas le même sort que l'aéronef qui la portait. Elle est aisément récupérable car amovible et n'étant plus fixée solidement à la carlingue de l'aéronef (Figure 1), et de fait le fort blindage habituel des balises devient inutile. > Ensuite, elle est flottante car gonflable. Ainsi, dans le cas d'une immersion suite à un crash, elle émergerait à la surface de l'eau et resterait accessible, évitant alors de rejoindre le reste de l'aéronef dans les profondeurs abyssales de l'océan. • Son autre atout est son autonomie énergétique, désormais illimitée, grâce au système à cellules photovoltaïques sur toute son enveloppe externe, permettant la recharge d'une petite batterie. Ainsi, le souci d'intégrer une batterie de grande capacité proportionnelle à une durée longue n'est plus nécessaire . • Elle est aussi interrogeable à distance : transmission immédiate et à volonté des données utiles, cryptées, des différents paramètres de vol dans le cas où la balise elle-même est physiquement inaccessible, cas où elle se coincerait dans un endroit escarpé, océan agité et/ou météo exécrable rendant momentanément impossible sa récupération ; ou encore dans des régions où les opérations de recherches seraient particulièrement impossibles en raison de conflits politiques, de guerre ... • Autre nouvel apport important, cette balise émet directement les coordonnés exactes à la fois de sa position courante, grâce à un « Module GPS, Figure 9 » cas de s'être -3- portée par les courants marins, et surtout émet la position exacte du crash de l'avion, correspondant au moment de son extraction de l'aéronef, et non pas un simple signal de détresse dépourvu de tout contenu informatif. Désormais, nous ne parlerons plus de zone probable d'accident, mais de coordonnées précises de l'accident qui permettent de retrouver l'aéronef et de porter secours aux rescapés dans de brefs délais. • La miniaturisation des circuits électroniques permet la conception de système compact, de très grande capacité de stockage de données sensibles, une duplication sélective ou totale des différents paramètres nécessaires à l'élucidation des causes de l'avarie pour l'amélioration de la sécurité aérienne et ainsi se substituant au système des boîtes noires qui ne donnent plus satisfaction et bientôt obsolètes. Le déclenchement de l'éjection de la balise est à la fois automatique dès l'imminence de l'avarie et manuel à la disposition du personnel navigant. Le déclenchement est basé sur un détecteur d'impact (9), toujours orienté vers le bas grâce à un dispositif orientable selon le sens de chute de l'aéronef, basé sur une cellule de détection portée par un mécanisme de deux bascules; le déclenchement est basé aussi sur un capteur de pression (7) en cas d'immersion suite à un crash et/ou encore un capteur de température (6) en cas d'embrasement et/ou encore un signal provenant du système central de l'aéronef. • Cette balise est équipée d'un capteur de pression (7) lui permettant la détection d'une immersion de l'aéronef suite à un crash, sachant que la pression croit de 1Bar tous les 10 mètres d'immersion (la pression est à 2Bar à 10m et de 3Bar à 20m...). • Elle est aussi équipée d'un capteur de température (6) qui en cas d'embrasement permet un déclenchement de la balise au-delà d'une température critique. • Elle est dotée aussi, d'un détecteur d'impact (9) : un dispositif d'orientation constitué de deux bascules, une bascule rectiligne (9b) imbriquée dans une seconde circulaire (9c), concentriques et pivotant chacune sur son propre axe de rotation (Figure 8), les deux axes sont perpendiculaires. La cellule de détection (9a) une coquille cylindrique (Figure 7 et 8), solidaire et perpendiculaire à la bascule rectiligne (9b), cette dernière est un bras pivotant autour de son axe horizontal, ce bras est articulé à ses deux extrémités sur deux chevilles faisant partie de la bascule circulaire. Cette dernière bascule circulaire (9c) pivote elle-même sur deux autres chevilles, deux extrusions de part et d'autre placées sur son axe et qui s'articulent dans deux trous symétriques sur les sections du boîtier (9) cylindrique protecteur, qui lui, est solidaire de la balise ; ce qui assure à la cellule (9a) une orientation toujours vers le bas et ceci quelque soit le -4- positionnement spatiale de la balise et donc de l'aéronef. Ces différent signaux issus des capteurs de pression, de température et du détecteur d'impact sont amplifiés et traités par un système électronique (5) une Unité Centrale à Processeur « Module CPU, Figure 9 » suite à quoi une prise de décision de déclenchement ou non selon l'imminence de l'avarie. A ces signaux s'ajoute celui issu du système central de l'aéronef basé sur des critères que seuls les constructeurs d'aéronefs en définissent la fonction en prenant en charge et intégrant la commande de déclenchement manuel mise à la disposition du personnels navigant. Dans un mode de réalisation et non limitatif, un système de propulsion à air comprimé suffirait pour l'extraction de la balise; il présente aussi l'avantage d'une conformité aux recommandations et exigences de sécurité aéronautique civile, évitant ainsi l'utilisation de produits inflammables ou explosifs. Différentes situations peuvent provoquer un déclenchement automatique de la balise, j'en cite deux cas qui résumeraient deux manières de déploiement après éjection 15 de la balise hors carlingue. Le premier cas est celui où l'aéronef se disloque en altitude ou s'écrase sur le sol « Dislocation » et/ou « Crash » (figure 2), dont le déploiement se déroule de la façon suivante : l'activation de l'électrovanne (16) qui ouvre la sortie propulsion (18) laissant échapper l'air du récipient d'air comprimé (15) vers le guide d'expansion (20) et 20 d'orientation, la balise s'éjecte ainsi de son tube (27) et donc de l'aéronef (Figure 4) ; dans un premier temps, le module CPU active la commande verrou calotte ce qui libèrera le parachute (13) logeant dans la demi-sphère (12) calotte de la balise, le déploiement du parachute amortit la chute ; quelques secondes après, (Figure 5) le module CPU active simultanément la commande verrou coquilles (séparation des 25 coquilles cylindriques) et la commande électrovanne qui ouvre cette fois-ci la sortie gonflage (17) de la chambre de la balise (3), et ainsi se dresse l'enveloppe (24) une toile étanche incrustée de cellules photovoltaïques (23) assurant la recharge électrique de la batterie, une soupape (19) (un clapet anti-retour) laisse échapper le surplus d'air. Le second cas « Immersion » (figure 2) est celui où l'aéronef tombe dans une eau 30 profonde océans ou lacs, dans cette configuration, après éjection de la balise de son tube de lancement grâce à la propulsion par air comprimé comme cité ci-dessus, seul le gonflage de la balise est d'utilité, celle de porter la balise à la surface de l'eau pour amorcer grâce au « Module COM-E/R, Figure 9 » et son antenne intégrée (11) l'émission et la réception des signaux. Ce module procède alternativement à émettre les -5- signaux de détresse sous un format standard international et sa propre position ainsi que celle de l'aéronef, intercalée d'une période d'écoute de requêtes afin d'y répondre ; un protocole de communication s'établit dès la première interpellation par la première requête pour délivrer les données utiles. Le chargement de la batterie (4) avant éjection est effectuée in situ par des électrodes (26) faisant partie du tube de lancement et qui sont connectées au système d'alimentation général de l'aéronef. Dès que la balise est hors carlingue, après éjection, une transition automatique sur le système d'alimentation photovoltaïque prend la relève par le biais des cellules photovoltaïques (23) via le câble (22) sous le contrôle du « Module Recharge Accumulateur, figure 9 » ; cette énergie abondante permettrait d'émettre à volonté et sans restriction. Ainsi le souci d'intégrer une grande batterie n'est plus nécessaire . Le transfert des données du système central de l'aéronef vers le « Module Mémoire, Figure 9 » par le biais d'une dérivation du bus de données (25), est réalisé par un système Infrarouge « Module COM-IR » ou équivalent, un mode de transfert à distance, sans contact physique (Figure 3) permettant une extirpation sûre et aisée de la balise (Figure 4) sans gêne mécanique; le rafraîchissement permanent et la gestion des données enregistrées est orchestré par le « Module CPU ». Cette balise est destinée aux domaines aéronautique, spatial et maritime et à tout véhicule nécessitant suite à une avarie, une localisation précise, une alerte de détresse et/ou une restitution à distance des données. Elle est aussi une solution substitutive aux balises de détresses et aux boîtes noires des aéronefs. Dessins annexes illustrant la présente invention : La figure 1 : Lancement de la balise et son déploiement en deux temps, déploiement du 25 parachute puis de la toile de la balise. La figure 2 : Trois situations nécessitant un déclenchement automatique de la balise de localisation, de détresse et de stockage des données utiles. La figure 3 : Tube lanceur de la balise et la dérivation du bus de données. La figure 4 : Tube lanceur de la balise et électrodes de recharge. 30 La figure 5 : Déploiement de la balise au cours de son parachutage. La figure 6 : Les différents éléments constituant la balise et leurs dispositions. La figure 7 : Boîtier détecteur d'impact. La figure 8 : La cellule détectrice d'impact et les deux bascules et leurs sens de rotation. La figure 9 : Synoptique du système électronique et ses différents modules. REVENDICATIONS1) Une balise de détresse et de localisation précise suite à une avarie de véhicule (aéronefs, bâtiments marins, véhicules spatiaux, automates...), elle est éjectable, flottante et jouissant d'une autonomie énergétique illimitée, interrogeable à distance, stockant et émettant les données utiles ainsi que sa position courante et celle du crash de l'aéronef, elle se déclenche automatiquement et manuellement , caractérisée en ce qu'elle comporte un système de propulsion par expansion d'air comprimé assurant l'éjection et servant ensuite au déploiement par gonflage de la balise, munie d'un miniparachute amortissant la chute, d'un ensemble de modules électroniques (Figure 9) orchestrés par un module CPU assurant la gestion du stockage, le rafraîchissement des données et le traitement des signaux des différents capteurs et du détecteur, cette balise est aussi munie d'un module GPS pour la localisation, d'un module de communication et d'une antenne intégrée pour l'émission réception. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la propulsion et l'éjection de la balise est assurée par la libération d'air comprimé contenu dans un récipient (15) muni d'une électrovanne (16) à deux sorties commandée par le module CPU, cet air est véhiculé par un tube (18) vers un guide (20) de propulsion par expansion, ensuite une seconde commande de cette même électrovanne bascule sur une seconde sortie (17) permettant le gonflage de la balise ; une soupape (19) (un clapet anti-retour) laisse échapper le surplus d'air. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la balise soit équipée d'un capteur de pression et d'un capteur de température délivrant des tensions proportionnelles aux grandeurs physiques respectives dont l'analyse après amplification conduit à une prise de décision de déclenchement ou non selon l'imminence de l'avarie. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la balise soit équipée d'un détecteur d'impact (9), un dispositif d'orientation constitué de deux bascules, une bascule rectiligne (9b) imbriquée dans une seconde circulaire (9c), concentriques et pivotant chacune sur son propre axe de rotation (Figure 8), les deux axes sont perpendiculaires ; la cellule de détection (9a) une coquille cylindrique (Figure 7 et 8), solidaire et perpendiculaire à la bascule rectiligne (9b), cette dernière pivotant autour de son axe horizontal et articulé à ses deux extrémités sur deux chevilles faisant partie de la bascule circulaire ; cette dernière bascule circulaire (9c) pivote elle-même sur deux autres chevilles, deux extrusions de part et d'autre placées sur son axe de rotation et qui s'articulent dans deux trous symétriques sur les sections du boîtier (9) cylindrique-7- protecteur, qui lui, est solidaire de la balise ; ce qui assure à la cellule (9a) une orientation toujours vers le bas et ceci quelque soit le positionnement spatiale de l'aéronef. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que un mini-parachute (13) logeant dans la partie ogivale antérieure de la balise (demi-sphère tête de balise (12)) soit actionné par l'ouverture d'un verrou lui-même commandé par le module CPU. 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transfert des données du système central de l'aéronef vers le module mémoire de la balise pour sauvegarde soit réalisé par un système sans contact type Infrarouge ou équivalent (Figure 3), permettant une extirpation sûre et aisée de la balise (Figure 4) sans gêne mécanique; le rafraîchissement permanent et la gestion des données enregistrées est orchestré par le « Module CPU ». 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un module de communication « module COM-E/R » (Figure 9) est muni d'une antenne intégrée (11) pour l'émission et la réception des signaux, il procède alternativement à émettre le signal de détresse, sa propre position et celle de l'aéronef, intercalé d'une période d'écoute d'éventuelles requêtes, un protocole de communication s'établit dès la première interpellation par la première requête pour délivrer les données utiles. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que des cellules photovoltaïques tapissent l'enveloppe externe de la balise et dès son déploiement assurent la charge d'une petite batterie qui fournirait une énergie électrique illimitée. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que cette balise ait avant déploiement une forme cylindro-ogivale (1) sur sa partie antérieure, constituée d'une calotte semi-sphérique (12) et deux coquilles serai-cylindriques (10) et (14) ; après éjection (Figure 5) une toile étanche (24) incorporée aux deux coquilles semicylindriques se déploie, l'ensemble formant une seule chambre (3) gonflable et flottante et abritant le module électronique, l'antenne, le détecteur d'impact, la batterie, le récipient d'air comprimé et l' électrovanne.