Brevet FR3050815A1 — publié le 20171103

SYSTÈME D'ALLUMAGE ET DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT MÉCANIQUE ASSOCIÉ 1. Domaine technique de l'invention L'invention concerne un système d'allumage d'une charge solide d'un générateur de gaz. En particulier, l'invention concerne un système d'allumage d'un générateur de gaz d'un dispositif d'entrainement mécanique d'un arbre d'un système propulsif d'un aéronef. 2. Arrière-plan technologique Un dispositif d'entrainement mécanique d'un arbre d'un système propulsif d'un aéronef permet un apport ponctuel de puissance mécanique à un système propulsif d'un aéronef, dans diverses situations. Par exemple, pour les hélicoptères bimoteurs, il est possible qu'un des deux moteurs utilisés soit mis en veille pour diminuer la consommation énergétique en vol. En cas de disfonctionnement du moteur qui n'est pas en veille, le dispositif d'entrainement mécanique peut permettre une réactivation rapide du moteur en veille afin qu'il atteigne rapidement son régime nominal. Un tel dispositif d'entrainement mécanique est décrit dans la demande de brevet français déposée par Snecma, Turbomeca et Herakles, et publiée sous le numéro FR3010740 Al. Lorsqu'un des moteurs est défaillant, le dispositif d'entrainement peut aussi permettre d'apporter un complément de puissance au moteur fonctionnel qui fonctionne alors en régime spécifique dit 0E1 (pour One Engine Inoperative en anglais). Pour les hélicoptères monomoteurs, le dispositif d'entrainement mécanique peut apporter un apport ponctuel de puissance mécanique par exemple pour l'autorotation de l'hélicoptère, ou pour apporter un complément de puissance. Un tel dispositif d'entrainement mécanique est décrit dans la demande de brevet français déposée par Snecma, Turbomeca et Herakles, et publiée sous le numéro FR3019588 Al. Comme représenté sur les figures 1 et 2, un dispositif d'entrainement mécanique comprend un générateur 12 de gaz à charge solide, notamment à propergol solide. Ce générateur 12 de gaz comprend une sortie reliée à une entrée d'une turbine 14 d'entrainement d'un arbre 16 d'entrainement. Lorsque la charge solide du 3050815 2 générateur 12 de gaz est allumée, le gaz formé est détendu dans la turbine 14 d'entrainement, entrainant ainsi l'arbre 16 d'entrainement destiné à être couplé à un arbre 18 du système propulsif, permettant ainsi la fourniture d'un apport ponctuel de puissance à cet arbre 18 du système propulsif. L'arbre 18 du système propulsif est relié à 5 un équipement 20 de l'aéronef nécessitant un apport ponctuel de puissance. L'arbre du système propulsif est par exemple, selon les cas décrits précédemment, un arbre d'un générateur de gaz d'un turbomoteur de l'aéronef, un arbre de la turbine libre d'un turbomoteur de l'aéronef, un arbre de la boite de transmission principale d'un hélicoptère, etc. L'arbre 16 d'entrainement peut être couplé à plusieurs arbres du 10 système propulsif, successivement ou simultanément selon les modes de fonctionnement de l'aéronef. La charge solide du générateur 12 de gaz est allumée par un système d'allumage. La figure 1 représente un dispositif 10 d'entrainement comprenant un système 15 22 d'allumage selon l'art antérieur. Le système 22 d'allumage comprend un dispositif 24 de pilotage, permettant d'envoyer un ordre de mise à feu à un connecteur 26 d'un initiateur électro-pyrotechnique. Le dispositif 24 de pilotage est par exemple un ordinateur ou un calculateur, généralement disposé dans la zone de l'aéronef dédiée aux équipements électroniques, dite zone avionique. L'initiateur 28 électro- 20 pyrotechnique comprend un filament 30 relié audit connecteur 26. L'ordre de mise à feu est un signal électrique transmis par un câble 32 électrique. Le signal électrique est d'une puissance suffisante pour que le filament s'échauffe et transmette sa chaleur à une composition 34 pyrotechnique dite primaire compactée sur le filament 30. La composition 34 pyrotechnique primaire s'allume et permet l'allumage de la charge 25 solide du générateur 12 de gaz. Le générateur 12 de gaz se trouve dans la zone moteur de l'aéronef, c'est-à-dire à proximité du système propulsif. De plus, l'initiateur 28 électro-pyrotechnique et le câble 32 électrique sont soumis à des perturbations électromagnétiques (radiofréquence HIRF pour High 30 Intensity Radiated Fields en anglais, foudre, etc.). Ainsi, sous l'effet de ces perturbations, il est possible que le filament 30 s'échauffe sans réception de l'ordre de mise à feu, ce 3050815 3 qui peut provoquer un allumage intempestif de la composition 34 pyrotechnique primaire. Pour éviter cela, une barrière physique, appelée dispositif 36 d'armement, permet d'éviter l'allumage du générateur 12 de gaz sans réception d'un deuxième ordre, 5 dit ordre d'armement, transmis par un deuxième câble 38 électrique. Le dispositif 36 d'armement est disposé entre l'initiateur 28 électro-pyrotechnique et le générateur 12 de gaz, c'est-à-dire dans la zone moteur, qui est soumise à de nombreuses contraintes environnementales (givre, gel, pluie, température, etc.). Cette solution présente beaucoup d'inconvénients : pour éviter les effets des 10 perturbations électromagnétiques HIRF et foudre, les câbles et équipements doivent être blindés, ce qui augmente le coût et la masse de l'aéronef. Le dispositif 36 d'armement, également soumis à de nombreuses contraintes environnementales en raison de sa situation dans la zone moteur, doit être protégé, ce qui augmente le coût et la masse de l'aéronef. 15 De plus, le dispositif 24 de pilotage doit fréquemment comprendre un convertisseur pour adapter les signaux électriques qu'il envoie de façon à présenter la puissance et l'intensité nécessaire à l'échauffement du filament 30. Enfin, le système 22 d'allumage n'est pas testable une fois installé dans l'aéronef. Dans les faits, on s'interdit de tester le système vis-à-vis du risque d'initiation 20 intempestive. Les inventeurs ont donc cherché une solution plus fiable à l'allumage d'un générateur de gaz d'un dispositif d'entrainement mécanique. 3. Objectifs de l'invention L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des inconvénients 25 connus. En particulier, l'invention vise à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un système d'allumage peu soumis aux perturbations électromagnétiques. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un 30 système d'allumage permettant un allumage fiable pour une réactivation rapide d'un moteur en veille. 3050815 4 L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un système d'allumage peu soumis aux perturbations physiques et contraintes environnementales. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un 5 système d'allumage pouvant être facilement testé. 4. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un système d'allumage d'une charge solide d'un générateur de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend : une diode laser, 10 un dispositif d'initiation pyrotechnique, une ligne optique, reliée d'une part à la diode laser et d'autre part au dispositif d'initiation pyrotechnique, un dispositif d'armement, disposé entre la diode laser et la ligne optique, 15 un dispositif de pilotage, électriquement relié à la diode laser et au dispositif d'armement, et en ce que le dispositif de pilotage est adapté pour envoyer un ordre de mise à feu à la diode laser et un ordre d'armement au dispositif d'armement, 20 la diode laser est adaptée pour émettre un signal optique en cas de réception de l'ordre de mise à feu, la ligne optique est adaptée pour transmettre le signal optique émis par la diode laser, le dispositif d'armement est adapté pour présenter un premier état, dit 25 état désarmé, dans lequel le dispositif d'armement empêche la propagation du signal optique dans la ligne optique, et un deuxième état, dit état armé, dans lequel le dispositif d'armement permet la propagation du signal optique dans la ligne optique, l'état armé étant activé qu'en cas de réception de l'ordre d'armement, 30 le dispositif d'initiation pyrotechnique comprend une composition pyrotechnique dite secondaire, adaptée pour être initiée par ledit signal 3050815 5 optique et pour allumer la charge solide du générateur de gaz. Un système d'allumage selon l'invention permet donc un allumage plus fiable de la charge solide du générateur de gaz par la réduction de l'exposition aux perturbations électromagnétiques. La ligne optique, composée d'au moins une fibre optique, est 5 insensible à ces perturbations. Le dispositif d'armement peut en outre être placé dans un environnement proche de la diode laser et du dispositif de pilotage, notamment dans la zone avionique, réduisant ainsi les contraintes environnementales auxquelles il est soumis. La réduction de ces contraintes permet de réduire le blindage et la protection des équipements, réduisant ainsi le coût et la masse de l'aéronef. 10 La diode laser peut initier la composition pyrotechnique secondaire en émettant un signal optique nécessitant une puissance optique (par exemple environ 2W), qui peut être obtenue par une puissance électrique (par environ 5W, variable selon le type de diode) plus faible que la puissance électrique nécessaire à l'initiation d'une composition pyrotechnique primaire par un filament, qui est d'environ 16W. 15 L'utilisation d'une composition pyrotechnique secondaire moins sensible qu'une composition pyrotechnique primaire aux agressions électrostatiques, à la friction et aux chocs mécaniques, autorise à placer le système d'allumage en ligne avec le reste du générateur de gaz. 20 Avantageusement et selon l'invention, le système d'allumage comprend un dispositif de test comprenant une diode de test et un capteur photosensible disposés dans le dispositif d'armement, et un filtre dichroïque disposé dans le dispositif d'initiation pyrotechnique, la diode de test étant configurée pour émettre un signal optique de test d'une longueur d'onde de test différente de la longueur d'onde du signal 25 optique émis par la diode laser, le filtre dichroïque étant configuré pour laisser passer le signal optique émis par la diode laser et pour réfléchir le signal optique de test vers la ligne optique, et le capteur photosensible étant configuré pour recevoir le signal optique de test réfléchi. Selon cet aspect de l'invention, le dispositif de test permet de tester l'intégrité 30 de la ligne optique, sans risque d'initier la composition pyrotechnique secondaire. 3050815 6 Avantageusement et selon l'invention, le dispositif d'armement comprend des moyens d'alignement de la ligne optique, adaptés pour aligner la ligne optique avec la diode laser lorsque le dispositif d'armement est dans l'état armé et pour désaligner la ligne optique de la diode laser lorsque le dispositif d'armement est dans l'état désarmé. 5 Selon cet aspect de l'invention, le dispositif d'armement est disposé dans un environnement proche de la diode laser, typiquement la zone avionique, peu contraint, et permet un armement/désarmement fiable du système d'allumage. L'invention concerne également un dispositif d'entrainement mécanique d'au 10 moins un arbre d'un système propulsif d'un aéronef, comprenant un générateur de gaz à propergol solide, une sortie du générateur de gaz étant reliée à une entrée d'une turbine d'entrainement d'un arbre d'entrainement destiné à être couplé à au moins un arbre du système propulsif, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'allumage du propergol solide du générateur de gaz selon l'invention. 15 Le dispositif d'entrainement mécanique utilise ainsi un système d'allumage fiable, à la fois car il permet d'éviter un démarrage intempestif sans volonté de mise à feu, et car il permet de s'assurer qu'il sera déclenché en cas de volonté de mise à feu dans les cas d'urgence où le dispositif d'entrainement permet de remettre en marche un moteur en veille, assurer une autorotation ou fournir une puissance supplémentaire à 20 un moteur lorsqu'un autre moteur est défaillant. Le bon fonctionnement du système d'allumage du dispositif d'entrainement mécanique est d'autant plus sûr lorsque le système d'allumage comprend un dispositif de test permettant de vérifier l'intégrité de la ligne optique. Les contraintes environnementales des équipements sont réduits de par le déplacement d'équipements vers la zone avionique et éloigné de la zone moteur. 25 L'arbre du système propulsif de l'aéronef peut être, selon les modes de réalisation, un arbre d'un générateur de gaz d'un turbomoteur de l'aéronef, un arbre de la turbine libre d'un turbomoteur de l'aéronef, un arbre de la boite de transmission principale d'un hélicoptère, etc. 30 L'invention concerne également un système d'allumage et un dispositif d'entrainement mécanique caractérisés en combinaison par tout ou partie des 3050815 7 caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. 5. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se 5 réfère aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'assistance mécanique comprenant un système d'allumage selon l'art antérieur, décrit précédemment, la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif d'assistance mécanique comprenant un système d'allumage selon un mode de réalisation de l'invention. 10 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de 15 différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté. La figure 2 représente un dispositif 100 d'entrainement mécanique d'un arbre d'un système propulsif d'un aéronef comprenant un système 122 d'allumage selon un 20 mode de réalisation de l'invention. Ce système 122 d'allumage permet l'allumage d'une charge solide d'un générateur 12 de gaz à propergol solide du dispositif 100 d'entrainement. Le générateur 12 de gaz, la turbine 14 d'entrainement, l'arbre 16 d'entrainement et l'arbre 18 propulsif du dispositif 100 d'entrainement ont déjà été décrit précédemment. 25 Le système 122 d'allumage comprend un dispositif 124 de pilotage, permettant d'envoyer un ordre 132 de mise à feu à une diode 130 laser. Le dispositif 124 de pilotage est par exemple un ordinateur ou un calculateur, généralement disposé dans la zone de l'aéronef dédiée aux équipements électroniques, dite zone avionique. Le signal transmis à la diode 130 laser est un signal électronique permettant l'allumage de la diode 130 30 laser. La diode 130 laser émet un signal optique transmis par une ligne 140 optique 3050815 8 composée d'au moins une fibre optique. La ligne 140 optique est reliée à un dispositif 128 d'initiation pyrotechnique (appelé aussi initiateur opto-pyrotechnique) comprenant un connecteur 126 et une composition 134 pyrotechnique secondaire. La composition 134 pyrotechnique secondaire est moins sensible aux agressions électromagnétiques, 5 électrostatiques, frictions et chocs qu'une composition pyrotechnique primaire. La diode laser émet un signal optique d'une puissance suffisante pour que la composition 134 pyrotechnique secondaire soit initiée directement par le signal optique dont la puissance optique provoque un échauffement thermique. La composition 134 pyrotechnique secondaire allumée permet l'allumage du générateur de gaz. 10 Même si le risque de déclenchement non souhaité de la composition 134 pyrotechnique secondaire est limité du fait de l'utilisation d'une ligne optique, la fiabilité du système d'allumage est augmentée par l'ajout d'un dispositif 136 d'armement. Le dispositif 136 d'armement présente deux états, un premier état, dit état armé dans lequel il permet la propagation du signal optique dans la ligne optique, et un deuxième 15 état dit état désarmé dans lequel le dispositif 136 d'armement empêche la propagation du signal optique dans la ligne 140 optique. Le dispositif 136 d'armement comprend par exemple des moyens d'alignement de la ligne 140 optique permettant d'aligner la ligne 140 optique avec la diode 130 laser lorsque le dispositif 136 d'armement est dans l'état armé et de désaligner la ligne 140 optique de la diode 130 laser lorsque le dispositif 136 20 d'armement est dans l'état désarmé. Le dispositif 136 d'armement est dans l'état armé lorsqu'il reçoit un ordre 138 d'armement provenant du dispositif 124 de pilotage, et est dans l'état désarmé sinon. La diode 130 laser et le dispositif 136 d'armement sont représentés comme distincts mais selon d'autres modes de réalisation, ils peuvent être compris dans le 25 même équipement. Dans ce mode de réalisation, le système 122 d'allumage comprend en outre un dispositif de test : une diode de test (non représentée), un filtre 142 dichroïque et un capteur photosensible (de type photodiode ou phototransistor par exemple, non représenté). 30 La diode de test et le capteur photosensible sont intégrés dans le dispositif 136 d'armement. La diode de test permet, à la réception d'un ordre de test, d'émettre un 3050815 9 signal optique de test de longueur d'onde différente au signal optique envoyé pour l'allumage, et de puissance inférieure. Le filtre dichroïque est conçu, grâce aux différences de longueur d'onde, pour laisser passer le signal optique envoyé par la diode laser et réfléchir le signal optique de test. La puissance inférieure utilisée permet de 5 s'assurer que la composition 134 pyrotechnique secondaire ne sera pas accidentellement initiée. Si la ligne 140 optique est fonctionnelle le signal optique de test est transmis par la ligne 140 optique, réfléchi par le filtre 142 dichroïque, et reçu par le capteur photosensible. Si la ligne 140 optique n'est pas fonctionnelle, le capteur photosensible 10 ne recevra pas le signal optique de test. L'ordre 132 de mise à feu et l'ordre 138 d'armement sont transmis par des connexions électroniques (câbles, fils, etc.). Ces connexions étant uniquement dans la zone avionique, elles ne sont pas soumises aux perturbations électromagnétiques entre la zone avionique et la zone moteur, contrairement à l'art antérieur. 15 REVENDICATIONS1. Système d'allumage d'une charge solide d'un générateur de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend : - une diode (130) laser, un dispositif (128) d'initiation pyrotechnique, une ligne (140) optique, reliée d'une part à la diode (130) laser et d'autre part au dispositif (128) d'initiation pyrotechnique, un dispositif (136) d'armement, disposé entre la diode (130) laser et la ligne (140) optique, - un dispositif (124) de pilotage, électriquement relié à la diode (130) laser et au dispositif (136) d'armement, et en ce que - le dispositif (124) de pilotage est adapté pour envoyer un ordre (132) de mise à feu à la diode (130) laser et un ordre (138) d'armement au dispositif (136) d'armement, la diode (130) laser est adaptée pour émettre un signal optique en cas de réception de l'ordre (132) de mise à feu, la ligne (140) optique est adaptée pour transmettre le signal optique émis par la diode (130) laser, - le dispositif (136) d'armement est adapté pour présenter un premier état, dit état désarmé, dans lequel le dispositif (136) d'armement empêche la propagation du signal optique dans la ligne (140) optique, et un deuxième état, dit état armé, dans lequel le dispositif (136) d'armement permet la propagation du signal optique dans la ligne (140) optique, l'état armé étant activé qu'en cas de réception de l'ordre (138) d'armement, - le dispositif (128) d'initiation pyrotechnique comprend une composition (134) pyrotechnique secondaire, adaptée pour être initiée par ledit signal optique et pour allumer la charge solide du générateur de gaz. 3050815 11 2. Système d'allumage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de test comprenant une diode de test et un capteur photosensible disposés dans le dispositif (136) d'armement, et un filtre (142) dichro 'Élue disposé dans le 5 dispositif (128) d'initiation pyrotechnique, la diode de test étant configurée pour émettre un signal optique de test d'une longueur d'onde de test différente de la longueur d'onde du signal optique émis par la diode (130) laser, le filtre (142) dichro que étant configuré pour laisser passer le signal optique émis par la diode (130) laser et pour réfléchir le signal optique de test vers la ligne (140) optique, et le capteur photosensible 10 étant configuré pour recevoir le signal optique de test réfléchi. 3. Système d'allumage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif (136) d'armement comprend des moyens d'alignement de la ligne optique, adaptés pour aligner la ligne (140) optique avec la diode (130) laser lorsque le dispositif 15 (136) d'armement est dans l'état armé et pour désaligner la ligne (140) optique de la diode (130) laser lorsque le dispositif (136) d'armement est dans l'état désarmé. 4. Dispositif d'entrainement mécanique d'au moins un arbre (18) d'un système propulsif d'un aéronef, comprenant un générateur (12) de gaz à propergol solide, une 20 sortie du générateur (12) de gaz étant reliée à une entrée d'une turbine (14) d'entrainement d'un arbre (16) d'entrainement destiné à être couplé à au moins un arbre (18) du système propulsif, caractérisé en ce qu'il comprend un système (122) d'allumage du propergol solide du générateur de gaz selon l'une des revendications 1 à 3. 25 5. Dispositif d'entrainement mécanique d'au moins un arbre (18) d'un système propulsif d'un aéronef selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un arbre (18) du système propulsif couplé à l'arbre d'entrainement est un arbre d'un générateur de gaz d'un turbomoteur. 30 6. Dispositif d'entrainement mécanique d'au moins un arbre (18) d'un système 3050815 12 propulsif d'un aéronef selon l'une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un arbre (18) du système propulsif couplé à l'arbre d'entrainement est un arbre d'une turbine libre d'un turbomoteur. 5 7. Dispositif d'entrainement mécanique d'au moins un arbre (18) d'un système propulsif d'un aéronef selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un arbre (18) du système propulsif couplé à l'arbre d'entrainement est un arbre d'une boite de transmission principale de l'aéronef.